KR20130001642A - 발광 다이오드 구동회로 - Google Patents

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Abstract

발명의 실시예에 따른 LED 구동회로는 전원을 공급하는 전원부; 직렬 구성의 LED가 병렬로 연결되어 상기 전원부로부터 공급되는 전원을 이용하여 발광하는 LED 스트링; 및, 상기 전원부와 연결되는 보호부;를 포함하고, 상기 보호부는 직렬로 연결되는 제2 저항 및 제3 저항을 포함하고, 상기 제3 저항에 인가되는 전압이 베이스단으로 입력되는 트랜지스터를 포함한다.

Description

발광 다이오드 구동회로{LED Driving Circuit}
본 발명은 발광 다이오드(LED;light emitting diode) 정전류 구동장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 표시 장치는 전계 인가 전극이 구비된 두 표시 평판과 그사이에 배치되어 있는 유전율 이방성을 갖는 액정층을 구비한다. 전계 인가 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고, 전압을 변화시켜 이 전기장의 세기를 조절함으로써 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조정하여 원하는 화상을 표시한다.
이러한 액정 표시 장치는 자체 발광을 하지 못하므로, 백라이트라고 불리는 별도의 광원이 필요하며, 상기 광원은 발광 다이오드로 대체되고 있다. 상기 발광 다이오드는 반도체 소자이므로 수명이 길고, 점등 속도가 빠르며, 소비 전력이 적고, 색 재현성이 뛰어나다. 또한, 충격에 강하며, 소형화 및 박형화에 유리하다.
따라서 휴대 전화기 등의 소형 액정 표시 장치뿐만 아니라 컴퓨터 모니터나 TV와 같은 중대형 액정 표시 장치에도 발광 다이오드를 이용한 백라이트가 장착되고 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.
[0004] 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 청색LED를 포함한다. 이 형광체는 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 소자에 과전류가 흐르는 경우, LED 소자를 파손시키는 위험성이 존재하며, 이를 방지하기 위한 수단이 필요하다. 상기 LED 보호 수단으로서, LED를 구동시키는 LED 드라이버에서, LED 소자로 인가되는 전류가 소정값 이상 출력되지 않도록 보호 회로를 구비하는 추세이다.
실시예는 새로운 전류 조절 회로를 갖는 전원 공급 장치를 제공한다. 구체적으로, 실시예는 LED 구동 품질 및 LED 보호 기능을 확보할 수 있는 LED 구동 회로를 제공하고자 한다.
발명의 실시예에 따른 LED 구동회로는 전원을 공급하는 전원부; 직렬 구성의 LED가 병렬로 연결되어 상기 전원부로부터 공급되는 전원을 이용하여 발광하는 LED 스트링; 및, 상기 전원부와 연결되는 보호부;를 포함하고, 상기 보호부는 직렬로 연결되는 제2 저항 및 제3 저항을 포함하고, 상기 제3 저항에 인가되는 전압이 베이스단으로 입력되는 트랜지스터를 포함한다.
실시 예는 발광 다이오드를 갖는 발광부 및 이를 갖는 라이트 유닛과 같은 조명 시스템의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 발광 다이오드를 갖는 발광부에 일정한 전압을 공급할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 LED 스트링의 출력단 전압을 센싱하여 LED 구동 동작을 제어하는 구조의 LED 구동 회로를 도시한 회로 구성도.
도 2는 LED 백라이트 구동회로 하에서 출력전류레벨 인식전압과 게이트 신호 파형을 도시한 그림.
도 3은 실시예에 따른 보호부를 포함하는 회로 구성도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 도시한 LED 구동 회로는, LED 스트링의 출력단 전압을 센싱하여 LED 구동 동작을 제어하는 구조를 가지고 있다.
도시한 LED 구동 회로는, LED 스트링(10); 기준 램프 전압(Vramp)과 제1 LED 스트링의 출력단 전압(Vcomp)을 비교하여, 그 결과를 출력하는 비교기(30); 직류를 생성하고, 상기 비교기(30)의 출력에 따라, 상기 생성한 직류를 상기 LED 스트링(10)으로 전달하는 전류 구동부; 및 상기 제1 LED 스트링(10)의 출력단 전압(Vcomp)을 생성하는 센싱 저항(Rsense)를 포함한다.
상기 전류 구동부는, 직류 전압원(S); 상기 직류 전압원(S)에서 출력되는 전류를 상기 LED 스트링(10)으로 전달하는 인덕터(L); 상기 비교기(30)의 출력에 따라, 상기 인덕터(L)의 전류가 상기 LED 스트링(10)으로 전달되는 것을 단속하는 스위칭부로서 스위칭 트랜지스터(Q); 상기 제1 인덕터(L1)에 전류가 축적되는 것을 도우며, 상기 LED 스트링(10)으로부터 역방향 전류가 흐르는 것을 방지하는 제1 다이오드(D); 상기 전류 구동부에서 출력되는 전류의 전압 노이즈를 제거하기 위한 평활 커패시터(C)를 포함할 수 있다.
도시한 LED 구동 회로는, 구동 전류를 공급받는 LED 스트링(10)의 출력단 전압을 피드백시켜 구동 전류의 전송에 이용하므로, LED 구동 품질 및 LED 보호 기능을 확보할 수 있는 장점이 있으나, 과전압으로부터 소자를 보호함에 있어서 개선의 여지가 있다.
도 2는 LED 백라이트 구동회로 하에서 출력전류레벨 인식전압과 게이트 신호 파형을 도시한 그림이다.
LED 구동회로의 경우, 처음 구동 스타팅(starting)될 때 출력전류레벨 인식전압단자에 출력전류레벨의 인식전압이 도 2와 같이 구형파 형식으로 인가되기 때문에 PWM 디밍(PWM dimming) 신호 ON 인가시, PWM IC의 게이트신호가 일정한 듀티(duty)를 가지고 발생된다. 그런데, 상기와 같이 PWM IC의 게이트신호가 일정한 듀티를 가지고 발생될 때 상기 게이트신호로 인해 FET 스위칭소자가 동시에 구동되기 때문에 컨버터 내의 누설성분에 의해 순간적으로 돌입전류(Inrush Current)가 발생된다.
상기와 같이 컨버터의 누설성분에 의해 교류가 차단되는 부분에서 돌입전류가 발생되는 경우, 이러한 돌입전류로 인해 인덕터 및 커패시터에 소음이 발생될 수 있고, 회로가 손상될 수 있는 문제가 있다.
도 3은 실시예에 따른 보호부를 포함하는 회로 구성도이다. 도 3을 참조하면, 다이오드 구동회로는 전원부(160), LED 스트링(10), 보호부(20)를 포함한다.
상기 전원부(160)는 전원을 공급하며, 출력단에 병렬로 연결된 캐패시터(C1)를 포함하며 상기 커패시터(C1)는 전원에 포함된 리플을 제거하게 된다.
상기 LED 스트링(10)은 복수개가 병렬로 연결될 수 있고, 복수의 보드를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 보드는 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 상기 복수의 보드는 물리적으로 분리되며, 상기 각 보드 간의 간격은 일정하게 이격될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 각 보드는 플렉시블 기판이거나, 리지드한 기판일 수 있으며, 그 재질은 수지 재질, 세라믹 재질, 메탈 코아 PCB일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 각 보드에 복수의 발광부가 배치된 경우, 각 보드 내의 복수의 발광부들은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
상기 복수의 발광부에는 각각 복수의 발광 다이오드가 직렬로 연결될 수 있으며, 청색, 녹색, 백색 등과 같은 가시광선 대역의 광을 선택적으로 발광할 수 있고, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 다이오드의 개수는 상기 전원부(160)에 의해 입력된 전압을 고려해서 변경될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 인덕터(L1)와 제1 다이오드(D1)사이에 보호부(20)가 형성될 수 있다.
상기 제1 인덕터(L1)는 전압원(S1)에서 출력되는 전류를 축적하고, 상기 LED 스트링(10)으로 인가되는 전류의 양을 일정하게 유지하는 역할을 수행한다.
상기 보호부(20)의 제1 저항(R1)은 전류가 보호부로만 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 전원부(160)의 교류전류는 상기 제1 저항(R1)과 제2 카패시터(C2)를 통과하여 제2 다이오드(D2)로 흐르게 된다.
상기 제2 카패시터(C2)는 상기 제2 다이오드(D2)의 애노드와 연결될 수 있다.
상기 제2 카패시터(C2)를 통과한 전압은 교류성분이 될 수 있으며, 상기 보호부(20)에 인가되는 성분 중에 피크값(peak value)을 이후의 소자로 전달하는 기능을 할 수 있다.
상기 제2 다이오드(D2)는 정류 작용을 할 수 있으며, 상기 제2 다이오드(D2)를 통과한 전압은 제3 카패시터(C3)에 인가되어 상기 제3 카패시터(C3)가 충전될 수 있다.
상기 제3 카패시터(C3)는 상기 제2 카패시터(C2)를 통과한 전압중에 최대값에 해당하는 전압을 저장할 수 있다.
상기 제3 카패시터(C3)의 용량을 초과하는 전류는 제너 다이오드(Z1)를 통해 흐르게 된다.
즉, 상기 보호부(20)에 인가되는 전압이 너무 큰 값을 갖게 되면, 상기 보호부(20) 회로가 손상될 수 있으므로, 상기 제너 다이오드(Z1)에 항복 전압이 인가되면 전압이 일정하게 유지되는데 이를 이용하여 상기 보호부(20)에 표준전압이 인가되도록 할 수 있다.
상기 제1 저항(R1)은 전류가 상기 보호부(20)로만 유입되는 것을 방지하는 기능 외에 제너 다이오드(Z1)를 보호하는 기능도 할 수 있다. 즉, 상기 제1 저항(R1) 없이 제너 다이오드(Z1)를 직접 전원부에 병렬로 연결하면 상기 제너 다이오드(Z1)가 파괴될 수 있다.
상기 제3 카패시터(C3)는 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)과 병렬로 연결될 수 있으며, 상기 제3 카패시터(C3)의 타단은 접지된다.
상기 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)의 중앙 노드는 트랜지스터(TR)의 바이어스 전압 공급부에 연결된다. 상기 제3 저항(R3)에 걸리는 전압은 제2 저항(R2)과의 비율에 의해서 결정될 수 있고, 상기 제3 저항(R3)에 걸리는 전압은 상기 트랜지스터(TR)의 베이스단에 인가될 수 있다.
상기 제3 저항(R3)의 타단은 접지될 수 있고, 상기 제3 저항(R3)은 상기 트랜지스터(TR)의 베이스단에 상기 트랜지스터(TR)를 동작시키는 데 필요한 임계치 이상의 전압이 인가되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 저항(R3)에 0.7V 이상의 전압이 인가되도록 상기 제2 저항(R2) 및 제3 저항(R3)의 값을 설정할 수 있다.
상기 트랜지스터(TR)는 모스 트랜지스터 예컨대, MOSFET(Metaloxide Semiconductor Field-Effect Transistor)일 수 있으며, 다른 예로서, 바이폴라트랜지스터(Bipolar junction transistor)일 수 있다.
상기 트랜지스터(TR)는 제대로 동작하기 위하여 에미터 저항을 낮게,, 즉 불순물 농도를 높게 하며 베이스에 거의 불순물을 첨가하지 않는다.
발명의 실시예에서 상기 트랜지스터(TR)의 npn형으로 형성되었으며, 에미터부는 그라운드에 연결되어 접지될 수 있다. 상기와 같이 연결된 트랜지스터(TR)는 임계치 이하의 전압에서 상기 트랜지스터(TR)는 동작하지 않으나 베이스 단에 임계치 이상의 전압이 인가되면 컬렉터와 에미터가 도통상태가 된다.
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 (7)

  1. 전원을 공급하는 전원부;
    직렬 구성의 LED가 병렬로 연결되어 상기 전원부로부터 공급되는 전원을 이용하여 발광하는 LED 스트링; 및,
    상기 전원부와 연결되는 보호부;를 포함하고,
    상기 보호부는 직렬로 연결되는 제2 저항 및 제3 저항을 포함하고, 상기 제3 저항에 인가되는 전압이 베이스단으로 입력되는 트랜지스터를 포함하는 LED 구동회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원부는, 전류리플(ripple)을 줄이기 위한 제1 인덕터, 출력전압을 일정하게 유지하기 위한 제1 커패시터, 상기 LED 스트링으로부터의 역방향 전류를 제한하는 제1 다이오드를 더 구비하는 LED 구동회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보호부는 상기 제1 다이오드와 병렬로 연결되는 LED 구동회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호부는 제1 저항 및 제2 커패시터를 포함하고, 상기 제1 저항 및 제2 커패시터는 직렬로 연결되는 LED 구동회로.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호부에 포함되는 상기 제2 저항 및 제3 저항과 병렬로 연결되는 제3 커패시터를 포함하는 LED 구동회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 커패시터와 병렬로 연결되는 제너 다이오드를 포함하는 LED 구동회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제너 다이오드와 애노드가 연결되고, 상기 제3 커패시터와 캐소드가 연결되는 제2 다이오드를 포함하는 LED 구동회로.
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