KR20130066786A - 엘이디 스위칭 드라이버 - Google Patents

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Abstract

본 벌명은 LED 스위칭 드라이버에 관한 것으로, 빛을 발광하는 LED와; 상기 LED에 인가하기 위한 전압을 만드는 Boost 회로; 및 상기 LED의 전류를 일정하게 흐르게 하는 LED 전류제어회로;로 구성하되, 상기 Boost 회로는 출력전압(Vout)을 일정하게 유지시켜 칩 세라믹 캐패시터에서 발생하는 소음을 제거하는 기준전압전환회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

엘이디 스위칭 드라이버{LED Switching Driver}
본 발명은 LED 스위칭 드라이버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 칩 세라믹 캐패시터에서 발생하는 소음을 제거하는 LED 스위칭 드라이버에 관한 것이다.
일반적으로 LED 사용 초기에는 LED의 밝기를 조절하기 위해 LED에 흐르는 전류를 변동시키며 조절하였다. 하지만, 백색 LED의 경우 전류가 작을 경우에 백색 LED의 색이 정확하게 하얀색을 발광하지 못하는 문제가 있어서 최근에는 PWM 디밍을 사용하여 LED의 밝기를 조절하고 있다.
PWM 디밍은 PWM 신호의 듀티(Duty)에 따라 LED에 전류가 흐르는 시간을 조절하여 밝기를 조절하며, 이와 같은 방법은 백색 LED가 정확하게 하얀색을 발광하게 한다. 예를 들어 PWM 듀티 사이클(Duty cycle)이 50%인 경우에는 밝기가 50%가 되며, 듀티 사이클이 10%인 경우에는 밝기가 10%가 된다.
이와 같이 PWM 디밍을 사용한 종래의 LED 스위칭 드라이버를 도 1에 나타내었고, 도 2는 도 1의 전압 및 전류 신호이다.
도 1을 참조하면, LED 스위칭 드라이버는 빛을 발광하는 LED(110)와 상기 LED(110)에 인가하기 위한 전압을 만드는 Boost 회로(100)로 구성된다.
상기 LED(110)가 빛을 내기 위해서는 LED(110)에 인가하기 위해 출력전압(Vout)을 만들어야 하며, 이것은 Boost 회로(100)의 Q100이 스위칭동작을 하여 출력전압(Vout)을 만든다. LED(110)의 밝기를 조절하기 위해 입력되는 PWM 신호는 PWM 디밍을 통해 Boost 회로(100)의 제어로직(Control Logic)에 입력되어 Q100의 스위칭 동작을 멈추어 출력전압(Vout)이 낮아지게 하여 LED(110)가 빛을 내지 못하게 한다. 주기적으로 Q100 스위칭 동작을 하게 하여 LED(110)의 밝기를 조절할 수 있다.
하지만, 이와 같은 방법은 LED가 빛을 내지 못하도록 출력전압(Vout)이 낮아진 상태에서 LED가 빛을 낼 수 있는 전압까지 출력전압(Vout)이 증가하는 도중에는 LED에 설정된 전류가 흐르지 않는다는 문제점이 있다.
이것은 PWM의 듀티 사이클과 LED의 밝기가 일치하지 않는다는 것으로 듀티 사이클을 50%로 하였을 경우, LED의 밝기가 50%가 되지 않는 단점이 있다.
PWM 신호에 따라 Q100의 스위칭 동작이 도 2와 같이 주기적으로 바뀌어 스위칭 전압(Vsw)이 ON/OFF 동작을 한다. PWM 신호가 하이(High)로 되면 스위칭 전압(Vsw)이 ON/OFF 동작을 하여 출력전압(Vout)이 증가하며, 이에 따라 LED 전류도 증가하기 시작한다.
LED 전류는 출력전압(Vout)이 안정되었을 때, 설정된 전류가 흐르게 된다. PWM 신호가 로우(Low)로 되면 스위칭 전압(Vsw)이 로우(Low)로 되고 출력전압(Vout)이 감소하여 LED에 전류가 흐르지 않게 된다.
이와 같은 동작을 반복하여 LED의 밝기를 조절하게 되지만, 출력전압(Vout)이 증가하는 부분에서 LED의 전류가 설정된 전류가 흐르지 않기 때문에 PWM 신호의 듀티 사이클과 LED의 밝기가 일치하지 않는 문제점이 생긴다.
예를 들어 LED의 밝기를 50%로 하기 위해 PWM 신호를 50%로 한 경우, 출력전압(Vout)이 증가하는 동안 LED에 설정된 전류가 흐르지 않으므로 LED의 밝기가 50%로 되지 않는다.
위와 같은 문제를 개선한 종래의 LED 스위칭 드라이버를 도 3에 나타내었다. 도 3을 참조하면, LED 스위칭 드라이버는 빛을 발광하는 LED(210)와 LED(210)에 인가하기 위한 전압을 만드는 Boost 회로(200), 그리고 LED(210)의 전류를 일정하게 흐르게 하는 LED 전류제어회로(220)로 구성된다.
이때, Boost 회로(200)는 LED(210)에 전류가 흐르면 노드 A1에서 An에는 일정 전압이 생기게 되며, 최소전압검출기(Minimum Voltage Detection)에서는 가장 낮은 전압을 선택하여 오차증폭기(Error Amplifier)의 마이너스(-) 입력에 인가한다. 오차증폭기는 이 전압과 기준전압(Reference1)을 비교한 출력신호를 PWM 비교기(Comparator)의 마이너스(-) 입력에 인가한다.
PWM 비교기는 이 출력신호와 소튜스(saw tooth)와 전류감지(Current Sense)의 출력 신호의 혼합된 신호를 비교하여 제어 로직(Control Logic)에 출력신호를 보내며, 이 신호에 의해 게이트 드라이버(Gate Driver)와 Q200이 스위칭 동작을 하게 되어 출력전압(Vout)을 만든다.
LED에 인가하기 위한 출력전압(Vout)은 Q200이 스위칭 동작을 계속하여 만들어지며, LED의 밝기는 입력되는 PWM 신호가 PWM 디밍을 통해 LED 전류제어회로의 Q1 내지 Qn의 스위치를 ON/OFF하여 LED의 밝기를 조절한다. Q1 내지 Qn의 스위치를 ON/OFF하므로 도 4와 같이 PWM 신호의 듀티 사이클과 LED의 밝기가 일치하게 동작한다.
하지만, Q1 내지 Qn이 OFF되어 LED에 전류가 흐르지 않을 경우 Q200이 스위칭 동작을 계속하므로 출력전압(Vout)이 증가하는 문제점이 생긴다.
종래에는 이와 같이 동작을 하여도 문제가 없었지만, 최근에는 백라이트의 박형화의 요구에 따라 칩 부품이 사용되고, 특히 액정 패널에 사용되는 캐패시터는 칩 세라믹 캐패시터가 많이 사용되어 지고 있어 출력전압(Vout)의 주기적으로 증가와 감소가 반복되면 출력에 연결된 칩 세라믹 캐패시터(C2)에서 소음이 발생하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 출력전압(Vout)을 일정하게 유지시켜 칩 세라믹 캐패시터에서 발생하는 소음을 제거하기 위한 LED 스위칭 드라이버를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LED 스위칭 드라이버는, 빛을 발광하는 LED와; 상기 LED에 인가하기 위한 전압을 만드는 Boost 회로; 및 상기 LED의 전류를 일정하게 흐르게 하는 LED 전류제어회로;로 구성하되,
상기 Boost 회로는 출력전압(Vout)을 일정하게 유지시켜 칩 세라믹 캐패시터에서 발생하는 소음을 제거하는 기준전압전환회로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 기준전압전환회로는, PWM 신호가 하이(High)인 경우에 기준전압(Reference1)을 오차증폭기의 플러스(+) 입력에 인가하고, 최소전압검출기에서 선택한 가장 낮은 전압을 오차증폭기의 마이너스(-) 입력에 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 기준전압전환회로는, PWM 신호가 로우(Low)로 되는 경우에 디밍기준전압(Dimming Reference)을 오차증폭기의 플러스(+) 입력에 인가하고, 피드백(Feedback) 전압을 오차증폭기(303)의 마이너스(-) 입력에 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 디밍기준전압(Dimming Reference)은 출력전압(Vout)을 저항(R1)과 저항(R2)로 감지하여 피드백(Feedback)에 의해 캐패시터(C4)가 충전되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 피드백(Feedback) 전압은 출력전압(Vout)을 저항(R1)과 저항(R2)로 감지한 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명은 PWM 신호에 따라 오르내리는 전압차에 의한 고주파음 발생을 기준전압전환회로를 통해 출력단의 전압이 안정되어 칩 세라믹 캐패시터에서 발생하는 소음을 제거하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 액정 패널 및 백라이트에 칩 세라믹 캐패시터를 사용할 수 있고, 칩 세라믹 캐패시터를 사용함으로써 액정 패널 및 백라이트의 박형화가 가능하다.
도 1은 종래의 LED 스위칭 드라이버
도 2는 도 1의 전압 및 전류 신호를 나타낸 그래프
도 3은 종래의 또 다른 LED 스위칭 드라이버
도 4는 도 3의 전압 및 전류를 나타낸 그래프
도 5는 본 발명의 LED 스위칭 드라이버
도 6a 및 6b는 도 5의 LED 스위칭 드라이버의 PWM 신호가 하이(High) 및 로우(Low) 일 때 기준전압전환 회로
도 7은 도 5의 전압 및 전류를 나타낸 그래프
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 LED 스위칭 드라이버를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, LED 스위칭 드라이버는 빛을 발광하는 다수의 LED(310), 상기 LED(310)에 인가하기 위한 전압을 만드는 Boost 회로(300), 그리고 상기 LED(310)의 전류를 일정하게 흐르게 하는 LED 전류제어회로(320)로 구성된다.
상기 Boost 회로(300)는 LED(310)에 전류가 흐르면 노드 A1 내지 An에는 일정 전압이 생기게 되며, 최소전압검출기(Minimum Voltage Detection, 309)에서 선택한 가장 낮은 전압 또는 피드백(Feedback) 전압이 기준전압전환회로(301)의 스위치(SW3)를 통해 오차증폭기(Error Amplifier, 303)의 마이너스(-) 입력에 인가되고, 기준전압(Reference1) 또는 디밍기준전압(Dimming Reference)이 기준전압전환회로(301)의 스위치(SW2)와 스위치(SW1)를 통해 오차증폭기(Error Amplifier, 303)의 플러스(+) 입력에 인가된다.
상기 오차증폭기(303)는 플러스(+)와 마이너스(-)에 인가된 전압을 비교한 출력신호를 PWM 비교기(304)의 마이너스(-) 입력에 인가하고, PWM 비교기(304)는 이 출력신호와 소튜스(saw tooth, 308)와 전류감지(Current Sense)비교기(307)의 출력 신호의 혼합된 신호를 비교하여 제어로직(Control Logic, 305)에 출력신호를 보내며, 이 신호에 의해 게이트 드라이버(Gate Driver, 306)와 Q300이 스위칭 동작을 하게 되어 출력전압(Vout)을 만든다.
LED(310)에 인가하기 위한 출력전압(Vout)은 Q300이 스위칭 동작을 계속하여 만들어지며, LED의 밝기는 입력되는 PWM 신호가 PWM 디밍(302)을 통해 LED 전류제어회로(LED Current Control, 320)의 Q1 내지 Qn의 스위치를 ON/OFF하여 LED의 밝기를 조절한다.
상기 오차증폭기(303)에 입력전압을 인가하기 위한 기준전압전환회로(301)의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6a 및 6b는 도 5의 LED 스위칭 드라이버에서 PWM 신호가 하이(High) 및 로우(Low) 일 때 기준전압전환회로(301)이고, 도 7은 도 5의 전압 및 전류를 나타낸 그래프이다.
도 6a를 참조하면, 상기 오차증폭기(303)의 플러스(+) 입력에는 PWM 신호가 High인 경우에 기준전압(Reference1)이 기준전압전환회로(301)의 스위치(SW1)을 통해 인가되고, 오차증폭기(303)의 마이너스(-) 입력에는 최소전압검출기(Minimum Voltage Detection, 309)에서 선택한 가장 낮은 전압이 기준전압전환회로(301)의 스위치(SW3)을 통해 인가된다.
이때, 출력전압(Vout)을 저항(R1)과 저항(R2)로 감지하여 피드백(Feedback)에 의해 캐패시터(C4)가 충전되어 출력전압(Vout)에 비례하는 디밍기준전압(Dimming Reference)이 형성된다.
이 디밍기준전압(Vdimming_reference)은 아래와 같은 수식(1)으로 계산된다.
Vdimming _ reference={R2/(R1+R2)}*Vout (1)
이와 같은 상태에서 PWM 신호가 Low로 되는 경우에 도 6b와 같이 오차증폭기(303)의 플러스(+) 입력에는 수식(1)의 디밍기준전압(Dimming Reference)이 기준전압전환회로(301)의 스위치(SW2)과 스위치(SW1)을 통해 인가되고, 오차증폭기(303)의 마이너스(-) 입력에는 출력전압(Vout)을 저항(R1)과 저항(R2)로 감지하는 피드백(Feedback)이 연결되어 PWM 신호가 High인 경우와 동일한 출력전압(Vout), 즉 피드백(Feedback) 전압이 전압전환회로(301)의 스위치(SW3)을 통해 인가된다. 여기서, 상기 출력전압(Vout)은 Q300이 스위칭 동작을 함으로써 만들어진다.
또한, PWM 디밍(302)에 의해 LED 전류제어회로(320)의 Q1 내지 Qn의 스위치를 OFF하여 LED에 전류가 흐르지 않게 한다. 이와 같은 동작에 의한 신호 파형을 도 7에 나타내었다.
도 7을 참조하면, PWM 신호가 High와 Low로 변할 때 LED의 전류도 동일하게 변하여 PWM 신호의 듀티 사이클과 LED의 밝기가 일치하게 동작하며, 기준전압전환회로(302)의 동작에 의해 출력전압(Vout)이 일정하게 유지되어 출력에 사용되는 칩 세라믹 캐패시터(C3)가 PWM 디밍 시에 소음이 발생하지 않는다. 즉, PWM 신호가 High인 경우 Q300이 계속 스위칭 동작을 하여 LED(310)에 인가하기 위한 출력전압(Vout)을 만들며, 이때 LED(310)에는 설정된 전류가 흐르게 된다.
따라서, 본 발명은 PWM 신호에 따라 오르내리는 전압차에 의한 고주파음의 발생을 기준전압전환회로(301)를 통해 출력단의 전압이 안정되어 칩 세라믹 캐패시터에서 발생하는 소음을 제거함으로써 액정 패널 및 백라이트에 칩 세라믹 캐패시터를 사용할 수 있고, 칩 세라믹 캐패시터를 사용함으로써 액정 패널 및 백라이트의 박형화가 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
300 : Boost 회로 301 : 기준전압전환회로
302 : PWM 디밍 303 : 오차 증폭기
310 : LED 320 : LED 전류제어회로

Claims (5)

  1. 빛을 발광하는 LED와;
    상기 LED에 인가하기 위한 전압을 만드는 Boost 회로; 및
    상기 LED의 전류를 일정하게 흐르게 하는 LED 전류제어회로;로 구성하되,
    상기 Boost 회로는 출력전압(Vout)을 일정하게 유지시켜 칩 세라믹 캐패시터에서 발생하는 소음을 제거하는 기준전압전환회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 스위칭 드라이버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준전압전환회로는 PWM 신호가 하이(High)인 경우에 기준전압(Reference1)을 오차증폭기의 플러스(+) 입력에 인가하고, 최소전압검출기에서 선택한 가장 낮은 전압을 오차증폭기의 마이너스(-) 입력에 인가하는 것을 특징으로 하는 LED 스위칭 드라이버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준전압전환회로는 PWM 신호가 로우(Low)로 되는 경우에 디밍기준전압(Dimming Reference)을 오차증폭기의 플러스(+) 입력에 인가하고, 피드백(Feedback) 전압을 오차증폭기(303)의 마이너스(-) 입력에 인가하는 것을 특징으로 하는 LED 스위칭 드라이버.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디밍기준전압(Dimming Reference)은 출력전압(Vout)을 저항(R1)과 저항(R2)로 감지하여 피드백(Feedback)에 의해 캐패시터(C4)가 충전되어 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 스위칭 드라이버.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 피드백(Feedback) 전압은 출력전압(Vout)을 저항(R1)과 저항(R2)로 감지한 것을 특징으로 하는 LED 스위칭 드라이버.
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