KR20130001640A - 발광 다이오드 구동회로 - Google Patents

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KR20130001640A
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Abstract

발명의 실시예에 따른 LED 드라이버 보호부는 LED 스트링; 상기 LED 스트링을 구동하는 구동부; 상기 LED 스트링의 출력단 전압을 입력받아 PWM 신호를 생성하는 PWM 제어부; 및, 상기 구동부와 연결되는 보호부;를 포함한다.

Description

발광 다이오드 구동회로{LED Driving Circuit}
본 발명은 LED 구동 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LED 채널의 정전류 제어를 위해 필수적으로 적용되어 왔던 DC/DC 컨버터 및 제어단을 제거하고 서로 직렬 연결된 복수의 1차 권선을 갖는 트랜스포머와 DC 블로킹 커패시터를 통하여 LED 채널의 정전류 제어가 가능한 LED 구동 회로에 관한 것이다.
현재 디스플레이 산업은 20세기까지 독점적인 지위를 유지하던 CRT(Cathode Ray Tube) 시대가 저물어가면서, 고해상도와 대화면화 등의 멀티미디어 시대 요구를 반영한 신기술의 FPD(Flat Panel Display)가 주도하고 있다.
특히, 대형 디스플레이 시장의 경우 LCD(Liquid Crystal Display) TV가 급진적 성장세를 보이고 있어 향후 가격과 시장성 측면에서 주도적 역할을 할 것으로 기대하고 있다.
기존 LCD TV의 경우 백라이트 광원으로 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)이 주로 사용되었지만, 최근에는 전력소모, 수명 및 친환경성 등과 같은 다양한 장점으로 인해 점차적으로 LED(Light Emitting Diode)를 사용하고 있는 추세이다.
LED를 LCD TV의 백라이트 광원으로 이용할 경우 전 화면 걸쳐 균등한 휘도를 보장하기 위해 각각의 LED 채널은 정전류 제어가 보장되어야 한다.
각각의 LED 채널을 정전류로 제어하기 위하여 기존에는 임의의 DC 전압을 획득한 후 각각의 LED채널에 각각의 부스트 컨버터와 같은 DC/DC 컨버터를 적용하여 LED 채널의 전류를 정전류로 제어하여 왔다. 이러한 방식은 각각의 LED 채널의 전류를 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있지만 LED 채널 수 만큼의 DC/DC 컨버터 및 제어단의 구성에 의해 원가가 상승하게 되고 DC/DC 컨버터에 의해 전력변환 효율이 저하되며 LED 구동회로의 부피가 증가하게 되는 문제점이 있다.
또한 DC/DC 컨버터에 적용되어 있는 액티브(Active) 소자 및 IC 등에 의해 제품의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 교류전원을 입력으로 하여 LED 구동시 교류전원의 ON/OFF가 지속적으로 반복되거나 교류전원의 전압이 변할지라도 빛의 밝기가 일정하고 가격이 저렴한 소자들의 간단한 회로로 동일한 밝기에서는 최소의 전력이 소모되어 효율이 향상된 LED 구동회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 구동회로는 입력 전원을 스위칭시키는 인버터부; 상기 인버터부에 연결되고 서로 직렬 연결된 복수의 1차 권선과, 상기 복수의 1차 권선 각각에 커플링된 복수의 2차 권선을 갖는 복수의 트랜스포머; 상기 복수의 2차 권선 각각에 연결된 복수의 정류부; 상기 복수의 정류부 각각에 연결된 복수의 LED;를 포함하고, 상기 복수의 정류부 각각은 일단이 제1 LED의 일단과 연결된 제1 다이오드; 일단이 제2 LED의 일단과 연결된 제2 다이오드;를 포함한다.
상기 구성에 따른 본 발명의 LED 구동 회로를 실시함에 의해, 효율이 향상된 LED 구동 회로를 제공할 수 있다.
도 1은 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동회로도.
도 2는 도 1의 각 부분 파형도.
도 3은 발명의 다른 실시예에 따른 LED 구동회로도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 LED 구동 회로의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 발명의 일 실시예에 따른 LED 구동회로도이다. 기본적인 구성을 살펴보면, 전류가 흐르면 점등되어 빛을 발생하는 발광 다이오드(LED1)로 구성되는 발광부(400)와; 입력되는 교류전원(Vi)을 상기 발광 다이오드(LED1) 구동에 적합한 전압으로 변환하는 트랜스포머(100)와; 상기 트랜스포머(100)를 통한 양극성의 교류 전압을 단극성의 전압으로 바꾸는 정류부(200)와; 상기 발광 다이오드(LED1)의 ON/OFF 및 전류 흐름량을 제어하는 트랜지스터로 구성되는 구동 제어부(500)와; 상기 구동 제어부(500)에 일정 세기 이상의 전압에서 일정한 바이어스 전압을 제공하는 바이어스 전압제어부(300)와; 온도 변화에 의한 발광 다이오드(LED1)의 전류변화 특성을 상대적으로 보상하여 전류량을 제어하는 온도보상 전류제어부(600);를 포함할 수 있다.
회로의 동작을 좀 더 상세하게 설명하면, 입력되는 상용의 교류전원(Vi)은 트랜스포머(100)를 통하여 발광부(400)의 발광 다이오드(LED1)를 구동하기에 적절한 세기의 전압으로 변환된다.
트랜스포머(100)를 통하여 변환된 교류전압은 정류부(200)에서 정류하여 단일 극성의 전압으로 변환되는바, 전파정류나 반파정류 방식중 하나의 방식을 채택하여 사용할 수 있다.
바이어스 전압제어부(300)는 정류부(200)에서 정류된 전압의 일정세기 이상에서 일정한 바이어스 전압을 구동 제어부(500)의 트랜지스터(TR1)에 인가하여 트랜지스터(TR1)가 ON 상태로 될 때 일정한 전류가 흐를 수 있도록 하며, 직렬 연결된 저항(R1,R2)중에 저항(R2)과 제너 다이오드(ZD)가 병렬로 연결되어 구성된다.
트랜지스터(TR1)의 구동바이어스 전압은 정류된 전압의 일정세기 이상에서 저항(R1)과 저항(R2)의 저항값의 비에 의해 결정되고 제너 다이오드(ZD)는 교류전압의 세기가 변할지라도 일정한 바이어스 전압을 유지할 수 있도록 한다.
따라서 발광 다이오드(LED1)를 구동하는 전류 역시 일정하게 유지된다.
도 2는 바이어스 전압제어부(300)에서 트랜지스터(TR1)에 인가하는 바이어스 전압파형의 일예로서 도 1의 B부분에서 파형도이다.
구동 제어부(500)는 발광 다이오드(LED1)에 흐르는 전류를 ON 또는 OFF시키고 전류량을 제어하며 트랜지스터(TR1) 중에서 바이폴라 트랜지스터나 FET를 사용할 수 있다.
바이어스 전압제어부(300)에서 조정된 전압에 의해 트랜지스터(TR1)의 작동이 ON/OFF되고, 이에 따라 발광 다이오드(LED1)에 흐르는 전류가 ON/OFF 됨으로써 발광 다이오드(LED1)가 점멸되며, 트랜지스터(TR1)가 0N시 흐르는 전류량은 바이어스 전압제어부(300)에서 조정된 바이어스 전압의 총저항값에 의해 결정되므로 교류입력이 크게 변하여도 트랜지스터(TR1)에 일정량의 전류가 흐르게 되어 결과적으로 발광 다이오드(LED1)의 점등시 빛의 밝기는 일정해질 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 구동회로를 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 회로는 입력전원부, 인버터부, 트랜스포머, 정류부, LED를 포함할 수 있다.
상기 입력 전원부는 회로에 전원을 입력하는 역할을 수행하며 상기 입력 전원부를 통해서 입력되는 전압의 주파수는 예를 들어, 60Hz의 값을 가질 수 있다.
인버터부는 입력 전원을 스위칭시켜 트랜스포머를 구동시킬 수 있다. 상기 인버터부는 LLC 공진 인버터, 풀 브리지 인버터 및 하프 브리지 인버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
복수의 트랜스포머는 인버터부에 연결되고, 서로 직렬 연결된 복수의 1차 권선, 복수의 1차 권선 각각에 커플링된 복수의 2차 권선을 포함할 수 있다.
복수의 트랜스포머는 1차 권선들이 서로 직렬로 연결되어 있어, 각 1차 권선에는 동일한 전류가 인가되고 각각의 1차 권선과 커플링된 2차 권선들에도 모두 동일한 전류가 인가된다. 따라서 하나의 트랜스포머의 1차 권선에 흐르는 전류를 제어함으로써 복수 LED의 정전류 제어가 가능할 수 있다.
복수의 정류부는 복수의 2차 권선 각각에 연결될 수 있다. 또한, 복수의 정류부 각각은 브리지 정류기, 반파 정류기, 센터탭 정류기 및 배전압 정류기(voltage doubler rectifier) 중 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.
그리고 복수의 정류부 각각에는 m개(m은 자연수)의 LED가 연결될 수 있다. 따라서, 정류부가 n(n은 자연수)개인 경우 n×m개의 LED가 연결될 수 있다. 또한, 정류부와 LED 사이에는 정류부를 통과한 전압을 평활시키는 커패시터를 더 포함할 수 있다.
정류부의 구성을 보다 구체적으로 살펴보면, 도 3은 일단이 제1 LED의 일단과 연결된 제1 다이오드(D1), 일단이 제2 LED의 일단과 연결된 제 2 다이오드(D2)를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 LED의 타단 및 제 2 LED의 타단은 모두 공통 노드인 그라운드로 연결될 수 있다.
또한, 정류부를 통과한 전압을 평활시키는 제1 커패시터(C1)는 제 1 LED에 병렬 연결될 수 있고, 제2 커패시터(C2)는 제2 LED에 병렬 연결될 수 있다.
상기 제1 LED 및 제2 LED는 모두 직렬 연결될 수 있으며, 상기 제1 LED 및 제2 LED 사이에 그라운드가 연결될 수 있다.
그리고 도시된 바와 같이 제1 커패시터(C2) 및 제2 커패시터(C2)는 직렬 연결될 수 있다. 그리고, 상기 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)는 직렬 연결될 수 있다.
제1 커패시터(C2) 및 제2 커패시터(C2)는 전원부에 사용되는 커패시터로 평활 커패시터로 동작하게 된다. 즉, TL1을 통과한 전압은 일반적인 교류파형을 보이게 되고, 상기 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)를 통과한 전압은 상기 제1 커패시터(C2) 및 제2 커패시터(C2)를 통과하면서 교류성분이 감소하고 직류성분이 통과되므로 LED 어레이에 비교적 균일한 전압을 공급할 수 있게 된다.
상기 제1 커패시터(C2) 및 제2 커패시터(C2)의 용량이 증가할수록 넓은 주파수의 교류성분을 통과시킬 수 있고, 상기 커패시터는 일종의 축전지로서 용량이 증가할수록 전류를 저장한 후, 공급하는 양이 증가하므로, 보다 안정적인 직류전압을 공급할 수 있게 된다.
도시된 바와 같이, TL1을 통해 전도된 양(Positive) 영역의 AC 전원은 제1 다이오드(D1)를 도통시켜 LED 어레이(Array)의 좌측 스트링인 제1 LED를 동작(도통)시키며, TL1을 통해 전도된 음(Negative) 영역의 AC전원은 제2 다이오드(D2)를 도통시켜 LED 어레이의 우측 스트링인 제2 LED를 동작(도통)시킨다.
이는 LED 어레이가 복수로 연결되는 경우에도 동일하게 적용된다. 즉, TL1과 TL2는 동일하게 동작할 수 있다.
그리고 서로 직렬 연결된 복수의 1차 권선측, TL1과 TL2에 흐르는 전류가 동일하고, TL1과 TL2의 권선비를 동일하게 형성하면 LED 어레이1 및 LED 어레이2에 흐르는 전류는 동일하게 제어될 수 있어 각 LED의 밝기를 제어할 수 있다.
상기에서 검토한 바와 같이, 본원발명의 실시예에 따르면 저가형 회로구현에 많은 장점을 가지며 LED의 채널이 확대될 때 동일한 회로를 TLx개만큼 늘려 사용 가능하다.
또한 1차측 트랜스포머에 흐르는 전류가 동일하기 때문에 각 LED 어레이에 도통되는 전류를 동일하게 제어할 수 있다는 장점을 가진다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 입력 전원부;
    상기 입력 전원을 스위칭시키는 인버터부;
    상기 인버터부에 연결되고 서로 직렬 연결된 복수의 1차 권선과, 상기 복수의 1차 권선 각각에 커플링된 복수의 2차 권선을 갖는 복수의 트랜스포머;
    상기 복수의 2차 권선 각각에 연결된 복수의 정류부;
    상기 복수의 정류부 각각에 연결된 복수의 LED;를 포함하고, 상기 복수의 정류부 각각은 일단이 제1 LED의 일단과 연결된 제1 다이오드; 및,
    일단이 제2 LED의 일단과 연결된 제2 다이오드;를 포함하는 LED 구동회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 LED의 타단과 제2 LED의 타단은 그라운드와 연결되는 LED 구동회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 다이오드의 타단과 제2 다이오드의 타단이 직렬 연결되는 LED 구동회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 LED에 병렬 연결된 제 1 커패시터;
    상기 제 2 LED에 병렬 연결된 제 2 커패시터;를 더 포함하는 LED 구동 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인버터부는 LLC 공진 인버터, 풀 브리지 인버터 및 하프 브리지 인버터 중 선택된 어느 하나로 이루어지는 LED 구동 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 입력 전원은 60Hz인 LED 구동회로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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