KR20170059960A

KR20170059960A - Led 발광 장치의 구동 방법

Info

Publication number: KR20170059960A
Application number: KR1020170064911A
Authority: KR
Inventors: 정일용; 찬 손; 최문호; 양승욱
Original assignee: 페어차일드코리아반도체 주식회사
Priority date: 2017-05-25
Filing date: 2017-05-25
Publication date: 2017-05-31
Also published as: KR102008360B1

Abstract

LED 발광 장치의 구동 방법은, 제1 시점에서 입력 전압을 출력 전압으로의 변환을 시작하는 단계, 상기 출력 전압을 상기 복수의 LED 채널의 제1 단자로 전달하면서 상기 복수의 LED 채널의 제2 단자를 플로팅하는 단계, 출력 단자를 통해서 상기 복수의 LED 채널로 상기 출력 전압을 전달하는 단계, 상기 출력 전압에 대응하는 감지 전압과 기준 전압을 비교하는 단계, 그리고 상기 제1 시점에서 소정 시간이 경과한 제2 시점에서 상기 감지 전압이 상기 기준 전압보다 낮으면 상기 입력 전압을 상기 출력 전압으로 변환하는 동작을 중지하는 단계를 포함한다.

Description

LED 발광 장치의 구동 방법{METHOD FOR DRIVING LIGHT EMITTING DIODE}

본 발명은 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 발광 장치의 구동 방법에 관한 것이다.

LED를 사용한 발광 장치는 LED에 전류를 공급하여 LED를 구동하고, LED는 공급되는 전류에 대응하는 밝기의 빛을 방출한다. 이러한 LED 발광 장치는 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)와 같은 수광형 표시 장치의 광원 또는 조명용으로 사용될 수 있다. LED 발광 장치는 일정한 밝기의 빛을 방출하기 위해 병렬로 연결된 복수의 LED 채널을 포함하고, 각 LED 채널은 직렬로 연결된 복수의 LED를 포함한다. 그리고 LED 발광 장치는 복수의 LED 채널에 전류를 공급하기 위한 전력 변환기를 포함한다.

복수의 LED 채널이 사용되는 경우, 어느 하나의 채널의 LED라도 단락(short)되면 전력 변환기에 과부하가 걸려서 파괴될 수 있다. 이를 위해 LED 발광 장치는 전력 변환기를 보호하는 회로를 포함한다.

보호 회로의 한 예로 각 LED 채널의 최종단의 전압을 감지하여서 최종단의 전압이 0V가 되면 전력 변환기의 동작을 차단하는 회로가 있다. 그런데 LED 채널의 두 LED 사이가 단선(open)이 되어도 해당 LED 채널의 최종단의 전압은 0V로 된다. 이 경우 복수의 LED 채널 중 다른 채널이 정상적으로 동작하면 LED 발광 장치는 일정 밝기의 빛을 공급할 수 있으므로, LED 발광 장치의 동작이 차단될 필요가 없다. 그러나 이 보호 회로는 단선의 경우에도 불필요하게 전력 변환기의 동작을 차단하는 문제점이 있다.

본 발명의 해결하려는 과제는 LED 채널이 단락될 때 전력 변환기의 동작을 차단할 수 있는 LED 구동 방법을 제공하는 것이다.

발명의 한 특징에 따른 LED 발광 장치의 구동 방법은 복수의 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 채널을 포함하고, 각 LED 채널은 직렬로 연결되어 있는 복수의 LED를 포함하는 LED 발광 장치에 적용될 수 있다.

상기 LED 발광 장치의 구동 방법은, 제1 시점에서 입력 전압을 출력 전압으로의 변환을 시작하는 단계, 상기 출력 전압을 상기 복수의 LED 채널의 제1 단자로 전달하면서 상기 복수의 LED 채널의 제2 단자를 플로팅하는 단계, 출력 단자를 통해서 상기 복수의 LED 채널로 상기 출력 전압을 전달하는 단계, 상기 출력 전압에 대응하는 감지 전압과 기준 전압을 비교하는 단계, 그리고 상기 제1 시점에서 소정 시간이 경과한 제2 시점에서 상기 감지 전압이 상기 기준 전압보다 낮으면 상기 입력 전압을 상기 출력 전압으로 변환하는 동작을 중지하는 단계를 포함한다.

상기 감지 전압과 상기 기준 전압을 비교하는 단계는, 상기 감지 전압과 상기 기준 전압의 비교 결과에 따라 레벨이 변경되는 제1 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 동작을 중지하는 단계는, 상기 제1 신호의 레벨 변경에 따라 제2 신호의 레벨을 변경하는 단계, 상기 제2 시점에서 레벨이 변경되는 제3 신호를 출력하는 단계, 및 상기 제2 신호와 상기 제3 신호의 레벨을 논리 연산한 신호가 소정 레벨이면 상기 동작을 중지하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 단락과 단선을 구별하여서 LED 채널에 단선이 발생하는 경우에 보호 동작을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 발광 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 전력 변환부의 한 예의 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 발광 장치의 구동 방법의 개략적인 흐름도다.
도 4는 정상 상태와 단락이 발생한 상태에서의 전력 변환부의 출력 전압을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 오류 제어부의 한 예를 나타내는 도면이다.

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 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 발광 장치의 개략적인 도면이며, 도 2는 도 1에 도시한 전력 변환부의 한 예의 개략적인 도면이다.

도 1을 참고하면, LED 발광 장치는 복수의 LED 채널(10)과 LED 구동 장치를 포함하며, LED 구동 장치는 복수의 전력 제어부(20), 전력 변환부(30), 구동 제어부(40), 오류 제어부(50) 및 저항(R1, R2)를 포함한다.

복수의 LED 채널(10)은 전력 변환부(40)의 출력 단자(OUT)와 복수의 전류 제어부(20) 사이에 병렬로 연결되어 있으며, 각 LED 채널(10)은 직렬로 연결되어 있는 복수의 LED를 포함한다. 이러한 LED 채널(10)은 LED 구동 장치의 부하로 작용한다.

복수의 전류 제어부(20)는 복수의 LED 채널(10)과 접지 단자 사이에 각각 연결되어 있으며, 인에이블 단자(EA)와 디스에이블 단자(DA)를 가진다. 전류 제어부(20)는 인에이블 단자(EA)에 입력되는 디밍 신호에 응답하여서 대응하는 LED 채널(10)에 흐르는 전류를 제어한다. 디밍 신호는 소정의 듀티 비(duty ratio)를 가지는 펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM) 신호일 수 있다. 이때 전류 제어부(20)는 디밍 신호의 듀티 동안 일정한 크기의 전류가 LED 채널(10)에 흐르도록 하여서 LED 채널(10)의 밝기를 제어한다. 그리고 전류 제어부(20)는 디스에이블 단자(DA)에 입력되는 디스에이블 신호에 응답하여서 대응하는 LED 채널(10)로 전류가 흐르지 않도록 제어한다. 즉, 전류 제어부(20)는 LED 채널(10)의 최종단(LT)과 접지 단자 사이의 연결을 전기적으로 끊어서 LED 채널(10)의 최종단(LT)을 플로팅한다. 이에 따라 LED 채널(10)은 디스에이블된다.

전력 변환부(30)는 입력 전압(Vin)을 LED 채널(10)의 구동에 적합한 전압(Vout)으로 변환하여 출력 단자(OUT)로 출력한다.

구동 제어부(40)는 복수의 LED 채널(10)의 최종단(LT)에 걸리는 전압에 기초하여 전력 변환부(30)의 출력 전압(Vout)을 조절할지 결정하고, 이에 따른 제어 신호(S1)를 전력 변환부(30)로 출력한다. 전력 변환부(30)는 제어 신호(S1)에 기초하여 출력 전압(Vout)을 조절한다.

저항(R1, R2)은 전력 변환부(30)의 출력 단자(OUT)와 접지 단자 사이에 직렬로 연결되어 있으며, 전력 변환부(30)의 출력 전압(Vout)을 감지하여 출력 전압(Vout)에 대응하는 감지 전압(Vsen)을 출력한다. 이 감지 전압(Vsen)은 두 저항(R1, R2)에 의해 출력 전압(Vout)이 분압된 전압이다. 즉, 두 저항(R1, R2)은 출력 전압(OUT)을 감지하는 전압 감지부로 동작한다.

오류 제어부(50)는 감지 전압(Vsen)에 기초하여서 전력 변환부(30)의 동작을 중지할지 결정하고, 이에 따른 제어 신호(S2)를 전력 변환부(30)로 출력한다. 이때, 오류 제어부(50)는 전류 제어부(20)가 LED 채널(10)을 디스에이블한 상태에서 감지 전압(Vsen)이 일정 기간 동안 기준 전압을 넘지 못하면 전력 변환부(30)의 동작을 중지할 수 있다.

도 2를 참고하면, 전력 변환부(30)의 한 예로 DC(direct current)-DC 변환기 중 부스트(boost) 변환기가 사용될 수 있다. 구체적으로, 전력 변환부(30)는 스위치(SW1, SW2), 인덕터(L1), 다이오드(D1) 및 커패시터(C1)를 포함한다.

스위치(SW2)의 한 단자는 입력 전압(Vin)에 연결되어 있으며, 스위치(SW1)의 다른 단자는 인덕터(L1)의 한 단자에 연결되어 있다. 인덕터(L1)의 다른 단자는 다이오드(D1)의 애노드와 스위치(SW1)의 한 단자에 연결되어 있다. 다이오드(D1)의 캐소드는 커패시터(C1)의 한 단자에 연결되어 있으며, 커패시터(C1)의 다른 단자와 스위치(SW1)의 다른 단자는 접지 단자에 연결되어 있다. 이때 커패시터(C1)의 전압이 출력 전압(Vout)으로 된다.

전력 변환부(30)가 동작하는 경우, 스위치(SW2)가 턴온된 상태에서 스위치(SW1)의 턴온/턴오프 동작이 반복된다. 스위치(SW1)가 턴온되면 입력 전압(Vin)에서 스위치(SW2), 인덕터(L1) 및 스위치(SW1)를 통해 접지 단자로 전류가 흘러서 인덕터(L1)에 흐르는 전류가 증가한다. 다음 스위치(SW1)가 턴오프되면 인덕터(L1)에 흐르는 전류에 의해 커패시터(C1)의 전압이 충전되어 입력 전압(Vin)이 출력 전압(Vout)으로 변환된다. 이때 출력 전압(Vout)은 스위치(SW1)의 듀티 비(duty ratio)에 의해 결정된다.

구동 제어부(40)는 복수의 LED 채널(10)의 최종단(LT)에 걸리는 전압에 기초하여 스위치(SW1)에 인가되는 PWM 신호(S1)의 듀티 비를 제어하여, 전력 변환부(30)의 출력 전압(Vout)을 제어할 수 있다.

그리고 오류 제어부(50)는 제어 신호(S2)로 스위치(SW2)를 턴오프하여서 전력 변환부(40)의 동작을 중지시킬 수 있다. 즉, 오류 제어부(50)는 전력 변환부(30)의 전력 변환 모듈(31)과 입력 전압(Vin)을 연결하는 스위치(SW2)를 턴오프하여서 입력 전압(Vin)이 전력 변환부(40)에 공급되는 것을 차단하고, 이에 따라 전력 변환부(30)의 동작을 중지시킬 수 있다.

그러면 LED 발광 장치의 보호 동작에 대해서 도 3 및 도 4를 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 발광 장치의 구동 방법의 개략적인 흐름도이며, 도 4는 정상 상태와 단락이 발생한 상태에서의 전력 변환부의 출력 전압을 나타내는 도면이다.

도 3을 참고하면, 전류 제어부(20)는 LED 채널(10)을 디스에이블한다(S310). 다음 전력 변환부(30)의 동작에 의해 출력 전압(Vout)이 증가한다(S320). LED 채널(10)이 디스에이블되어 있으므로, LED 채널(10)에 단락이 없으면 도 4에 도시한 것처럼 출력 전압(Vout)은 소정 시점(t1)에 목표 전압(VPref)에 도달한다. 그런데 복수의 LED 채널(10) 중 적어도 하나의 LED 채널에서 단락이 발생하였으면, 전력 변환부(30)의 출력 단자(OUT)에서 단락 지점까지 연결되어 있는 LED는 부하로 작용하므로, 출력 전압(Vout)은 t1 시점보다 늦은 시점(t2)에 목표 전압(VPref)에 도달한다.

전력 변환부(30)의 동작과 함께 오류 제어부(50)의 타이머(도시하지 않음)가 동작한다(S330). 타이머가 전력 변환부(30)의 동작 시점(0)에서 소정 시간, 즉 타이머 만료 시간(Δt)만큼 경과한 후에 만료되면(S340), 오류 제어부(50)는 출력 전압(Vout)에 대응하는 감지 전압(Vsen)과 기준 전압(Vref)을 비교한다(S350). 감지 전압(Vsen)이 기준 전압(Vref)보다 작으면 LED 채널(10)의 단락에 의해서 출력 전압(Vout)이 늦게 증가하는 것이므로, 오류 제어부(50)는 전력 변환부(30)의 동작을 중지시켜서 오류 동작을 수행한다(S360). 감지 전압(Vsen)이 기준 전압(Vref)보다 작지 않으면 출력 전압(Vout)이 정상적으로 증가한 것이므로, 오류 제어부(50)는 전력 변환부(30)의 동작을 중지하지 않는다. 이에 따라 전류 제어부(20)는 LED 채널(10)을 인에이블하고, LED 발광 장치는 정상적인 동작을 한다(S370).

타이머의 만료 시간(Δt)은 LED 채널(10)에 단락이 없는 경우, 즉 전력 변환부(30)의 출력 단자(OUT)가 플로팅된 상태에서 출력 전압(Vout)이 목표 전압(VPref)까지 증가하는 데 걸리는 시간(0~t1)보다 길게 설정된다. 또한 만료 시간(Δt)은 LED 채널(10)에서 출력 단자(OUT)에 가장 인접한 LED에서 단락이 발생한 경우에 출력 전압(Vout)이 목표 전압(VPref)까지 증가하는 데 걸리는 시간보다 짧게 설정될 수 있다.

한편 LED 채널(10)에서 단선이 발생하면 해당 LED 채널(10)은 플로팅 상태가 되어 전력 변환부(30)에서 부하로 인식되지 않는다. 그러므로 LED 채널(10)에서 단선이 발생하여도 출력 전압(Vout)은 t1 시점에서 목표 전압(VPref)까지 증가하므로, LED 발광 장치는 정상적으로 동작할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 한 실시예에 따르면 LED 채널(10)에서 단선이 발생하는 경우에는 LED 발광 장치가 정상적으로 동작하고, LED 채널(10)에서 단락이 발생하는 경우에 LED 발광 장치의 동작이 중지될 수 있다.

다음 본 발명의 한 실시예에 따른 오류 제어부(50)의 한 예에 대해서 도 5를 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 오류 제어부(50)의 한 예를 나타내는 도면이다.

도 5를 참고하면, 오류 제어부(50)의 한 예는 비교기(51), SR 래치(52), 타이머(53) 및 논리곱(AND) 게이트(54)를 포함한다.

비교기(51)는 감지 전압(Vsen)과 기준 전압(Vref)을 비교하고, 감지 전압(Vsen)이 기준 전압보다 작으면 로우 레벨의 신호를 출력하고 감지 전압(Vsen)이 기준 전압(Vref)보다 작지 않으면 하이 레벨의 신호를 출력한다.

SR 래치(52)는 세트 단자(S)로 비교기(51)의 출력을 입력받고 리셋 단자(R)로 리셋 신호를 입력받는다. 리셋 신호는 초기 동작 시에 펄스 형태로 하이 레벨을 가져서 SR 래치(52)가 반전 출력 단자(/Q)로 하이 레벨의 신호를 출력하도록 한다. 이후 리셋 신호는 로우 레벨을 가진다. 따라서 감지 전압(Vsen)이 기준 전압(Vref)보다 작은 경우, 세트 단자(S)에 인가되는 로우 레벨의 신호에 의해 SR 래치(52)는 반전 출력 단자(/Q)를 하이 레벨로 유지한다. 감지 전압(Vsen)이 기준 전압(Vref)보다 작지 않은 경우, 세트 단자(S)에 인가되는 하이 레벨의 신호에 응답하여서 SR 래치(52)는 반전 출력 단자(/Q)로 로우 레벨의 신호를 출력한다.

타이머(53)는 타이머 만료 시간(Δt) 전에는 로우 레벨의 신호를 출력하고 타이머 만료 시간(Δt)이 되면 하이 레벨의 신호를 출력한다. 이러한 타이머(53)의 한 예는 전류원(53a), 커패시터(53b) 및 비교기(53c)를 포함한다. 전류원(53a)은 일정 전류(It)를 커패시터(53b)에 공급하고, 이에 따라 커패시터(53b)의 전압이 선형적으로 증가한다. 비교기(53c)는 커패시터(53b)의 전압과 타이머 전압(Vtmr)을 비교한다. 타이머 전압(Vtmr)은 타이머 만료 시간(Δt) 동안 공급되는 전류(It)에 의해 커패시터(53b)에 충전되는 전압에 해당한다. 따라서 타이머 만료 시간(Δt) 전에는 커패시터(53b)의 전압이 타이머 전압(Vtmr)보다 낮으므로, 비교기(53c)는 로우 레벨의 신호를 출력한다. 그리고 타이머 만료 시간(Δt)이 되면 커패시터(53b)의 전압이 타이머 전압(Vtmr) 이상으로 되므로, 비교기(53c)는 하이 레벨의 신호를 출력한다.

AND 게이트(54)는 SR 래치(52)의 반전 출력 단자(/Q)의 출력과 비교기(53c)의 출력을 AND 연산한다. 감지 전압(Vsen)이 기준 전압(Vref)보다 작지 않은 경우에는, 타이머 만료 시간(Δt)과 관계 없이 SR 래치(52)의 반전 출력 단자(/Q)의 출력이 로우 레벨이므로, AND 게이트(54)는 항상 로우 레벨의 신호를 출력한다. 타이머 만료 시간(Δt)이 된 시점에서 감지 전압(Vsen)이 기준 전압(Vref)보다 작은 경우에는 SR 래치(52)의 반전 출력 단자(/Q)와 비교기(53c)의 출력이 모두 하이 레벨이므로, AND 게이트(54)는 하이 레벨의 신호를 출력한다.

이와 같이 오류 제어부(50)는 타이머 만료 후에도 감지 전압(Vsen)이 기준 전압(Vref)보다 작으면, 하이 레벨의 신호를 출력하여서 전력 변환부(30)의 동작을 중지할 수 있다. 이 경우 전력 변환부(30)의 스위치(SW2)는 p채널의 트랜지스터로 형성될 수 있다. 이와는 달리 스위치(SW2)를 n채널의 트랜지스터로 형성하고, 하이 레벨의 신호를 반전하여 스위치(SW2)에 인가하는 인버터(도시하지 않음)를 오류 제어부(50) 또는 전력 변환부(30)에 형성할 수도 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.

10: LED 채널
20: 전력 제어부
30: 전력 변환부
40: 구동 제어부
50: 오류 제어부

Claims

복수의 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 채널을 포함하며, 각 LED 채널은 직렬로 연결되어 있는 복수의 LED를 포함하는 LED 발광 장치의 구동 방법으로서,
제1 시점에서 입력 전압을 출력 전압으로의 변환을 시작하는 단계;
상기 출력 전압을 상기 복수의 LED 채널의 제1 단자로 전달하면서 상기 복수의 LED 채널의 제2 단자를 플로팅하는 단계;
출력 단자를 통해서 상기 복수의 LED 채널로 상기 출력 전압을 전달하는 단계;
상기 출력 전압에 대응하는 감지 전압과 기준 전압을 비교하는 단계; 및
상기 제1 시점에서 소정 시간이 경과한 제2 시점에서 상기 감지 전압이 상기 기준 전압보다 낮으면 상기 입력 전압을 상기 출력 전압으로 변환하는 동작을 중지하는 단계를 포함하고,
상기 감지 전압과 상기 기준 전압을 비교하는 단계는, 상기 감지 전압과 상기 기준 전압의 비교 결과에 따라 레벨이 변경되는 제1 신호를 출력하는 단계를 포함하며,
상기 동작을 중지하는 단계는,
상기 제1 신호의 레벨 변경에 따라 제2 신호의 레벨을 변경하는 단계;
상기 제2 시점에서 레벨이 변경되는 제3 신호를 출력하는 단계; 및
상기 제2 신호와 상기 제3 신호의 레벨을 논리 연산한 신호가 소정 레벨이면 상기 동작을 중지하는 단계
를 포함하는 LED 발광 장치의 구동 방법.
제1항에서,
상기 제3 신호를 출력하는 단계는,
일정 전류를 커패시터에 충전하는 단계; 및
상기 커패시터에 충전한 전압이 타이머 전압 이상으로 되면 상기 제3 신호의 레벨을 변경하는 단계를 포함하며,
상기 타이머 전압은 상기 소정 시간 동안 상기 일정 전류에 의해 상기 커패시터에 충전되는 전압과 동일한 LED 발광 장치의 구동 방법.