KR20170088731A - Boost Type LED Driving Circuit with Continuous Output Current - Google Patents

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강정원
이준영
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단국대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed is a boost type LED driving circuit with a continuous output current, capable of increasing an output voltage. The boost type LED driving circuit can be usefully applied to an LED driving circuit of a low voltage and a long lifespan like a light for a vehicle because a low battery voltage is effectively boosted and a continuous LED current is obtained at the same time by reducing the number of switches and diodes and removing a buck converter in comparison with an existing circuit while using an existing voltage doubling structure. Also, in comparison with the existing LED driving circuit, a circuit structure is simplified, thereby reducing a volume of a device and reducing manufacturing costs. The boost type LED driving circuit includes an input power source, a boost circuit unit which outputs a boosted voltage to an LED, and an output inverter which controls the LED to have the continuous current.

Description

연속 출력전류를 갖는 승압형 LED 구동회로{Boost Type LED Driving Circuit with Continuous Output Current}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a booster type LED driving circuit,

본 발명은 LED 구동회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전압을 승압시키면서 구조를 단순화 할 수 있고, 연속 출력전류를 갖는 승압형 LED 구동회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an LED driving circuit, and more particularly, to a boost type LED driving circuit capable of simplifying a structure while boosting a voltage and having a continuous output current.

일반적으로 자동차용 조명 장치로 사용할 수 있는 LED 구동회로는 벅 컨버터를 사용하는 경우와 부스트 컨버터를 사용하는 경우로 나눌 수 있다.Generally, LED driving circuits that can be used as automotive lighting devices can be divided into a case of using a buck converter and a case of using a boost converter.

도 1은 종래의 벅 컨버터를 사용하는 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.1 is a circuit diagram showing a LED driving circuit using a conventional buck converter.

도 2는 종래의 부스트 컨버터를 사용하는 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.2 is a circuit diagram showing a conventional LED driver circuit using a boost converter.

도 3은 종래의 전압배가기를 사용하는 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.3 is a circuit diagram showing an LED driving circuit using a conventional voltage doubling method.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 도 1에 도시한 바와 같이 종래의 벅 컨버터를 사용하는 LED 구동회로(100)는 스위치(M), 다이오드(D) 및 인덕터(L)를 포함한다. 이러한 종래의 벅 컨버터를 사용하는 LED 구동회로(100)는 컨버터의 특성이 강압형이므로 출력전압은 항상 입력전압보다 낮아야 한다. 따라서, 자동차용 조명장치는 12V입력을 사용하므로 벅 컨버터의 출력은 항상 12V보다 낮아야 하므로 휘도를 높이기 위해서는 LED의 병렬구조가 필수적이다. 이러한 병렬구조는 각 LED의 전류균형이 중요하므로 각각의 LED의 전류제어를 해야 하는 단점이 존재한다.Referring to FIGS. 1 to 3, an LED driving circuit 100 using a conventional buck converter includes a switch M, a diode D, and an inductor L, as shown in FIG. Since the characteristic of the converter is a step-down type, the output voltage of the LED driving circuit 100 using the conventional buck converter must be lower than the input voltage. Therefore, since the lighting device for a vehicle uses a 12V input, the output of the buck converter must be lower than 12V at all times, so a parallel structure of LEDs is essential to increase the luminance. In this parallel structure, the current balance of each LED is important, so there is a disadvantage that current control of each LED must be performed.

이를 해결하기 위해서는 도 2에 도시한 바와 같이 인덕터(L), 스위치(M) 및 다이오드(D)를 이용한 부스트 형태의 LED 구동회로(200)를 사용하여 해결할 수 있다. 하지만 부스트 형태의 LED 구동회로(200)를 사용한 경우에는 LED에 펄스형태의 전류가 인가되므로 출력단에 필터(210)가 필수적이다. 또한 자동차용 헤드램프의 경우에는 큰 휘도가 필요하며 소비전력도 매우 큰 편이므로 부스트 방식을 사용할 경우 반도체 소자의 전류스트레스가 매우 증가한다.In order to solve this problem, it can be solved by using a boost type LED driving circuit 200 using an inductor L, a switch M and a diode D as shown in Fig. However, in the case of using the LED driving circuit 200 of the boost type, the filter 210 is necessary at the output end because a pulse-like current is applied to the LED. Also, in case of automobile head lamp, a large luminance is required and power consumption is very large. Therefore, when the boost method is used, the current stress of the semiconductor device is greatly increased.

이러한 종래의 단점을 보완하기 위해 도 3에 도시한 바와 같이 출력특성이 좋은 벅 컨버터를 기반으로 하면서 배터리 전압을 유효하게 2배로 승압시켜 사용할 수 있는 LED 구동회로(300)가 제안되었다. 기본 구성은 배터리 입력측에 전압배가기(310)와 벅 컨버터(320)로 구성된다. 전압배가기(310)는 제1 스위치(M1)와 제2 스위치(M2)의 교번 스위칭을 통해 전압배가기(310) 출력전압을 배터리 전압의 2배로 승압시킨다. 전압배가기(310)에 의해 2배로 승압된 전압은 벅 컨버터(320)의 입력전압이 되어 벅 컨버터(320)는 12V가 아닌 24V의 입력을 사용할 수 있어 같은 출력전력에서 전류스트레스를 절반으로 줄일 수 있다. 하지만 이러한 전압배가기(310)와 벅 컨버터(320)로 구성된 회로 구성은 구조가 복잡하여 가격적인 면에서 불리하다.In order to overcome such conventional disadvantages, an LED driving circuit 300 has been proposed, which is based on a buck converter having a good output characteristic as shown in FIG. 3, and which can effectively double the battery voltage. The basic configuration consists of a voltage multiplier 310 and a buck converter 320 on the battery input side. The voltage doubler 310 boosts the output voltage of the voltage doubler 310 to twice the battery voltage through the alternating switching of the first switch Ml and the second switch M2. The voltage doubled by the voltage doubler 310 becomes the input voltage of the buck converter 320 so that the buck converter 320 can use an input of 24V rather than 12V to halve the current stress at the same output power . However, the circuit configuration composed of the voltage doubler 310 and the buck converter 320 is disadvantageous in terms of cost because of its complicated structure.

한국등록특허 10-1017683Korean Patent No. 10-1017683

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 LED 조명용 전원장치에 있어서 낮은 배터리 전압을 유효하게 승압시키면서 동시에 연속적인 LED 전류를 얻을 수 있어 자동차용 조명과 같이 낮은 전압 및 장수명의 LED 구동회로를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an LED driver circuit having a low voltage and a long life, as well as an automobile lighting, in which a low battery voltage can be effectively increased while a continuous LED current can be obtained.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 입력전원, 상기 입력전원에서 인가되는 전압을 승압시켜 LED로 승압된 전압을 출력하도록 하는 승압회로부 및 상기 승압회로부의 동작에 의해 상기 LED가 연속된 전류를 갖도록 제어하는 출력인덕터를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of driving an LED, including a step-up circuit unit for stepping up an input power source, a voltage applied from the input power source to output a voltage boosted by the LED, And an output inductor for controlling the output.

상기 출력인덕터는 상기 승압회로부와 상기 LED 사이에 연결될 수 있다.The output inductor may be connected between the step-up circuit and the LED.

상기 승압회로부는, 서로 직렬 접속된 제1 스위치 및 제2 스위치가 상기 입력전원과 병렬로 접속되고, 전류제어기의 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하는 스위칭부, 서로 직렬 접속된 제1 다이오드 및 제2 다이오드가 상기 스위칭부와 병렬로 접속되고, 상기 입력전원에서 상기 LED로 전류가 흐르도록 하는 다이오드부 및 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 입력전원을 충전 또는 방전하는 차지펌핑 커패시터를 포함할 수 있다.Wherein the voltage booster circuit portion includes a switching portion connected in parallel with the input power source, the first switch and the second switch connected in series to each other and switching in accordance with a switching control signal of the current controller, a first diode and a second diode A diode connected in parallel with the switching unit to allow a current to flow from the input power source to the LEDs and a charge pumping capacitor charging or discharging the input power according to a switching operation of the switching unit.

상기 LED전압은 상기 스위칭부의 동작 시비율에 따라 상기 입력전압보다 높은 전압이 인가될 수 있다.The LED voltage may be higher than the input voltage according to an operation ratio of the switching unit.

상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 서로 교번으로 동작될 수 있다.The first switch and the second switch may be alternately operated.

상기 차지펌핑 커패시터는 상기 스위칭부의 제어에 따라 상기 입력전압 만큼 충전 또는 방전될 수 있다.The charge pumping capacitor may be charged or discharged by the input voltage under the control of the switching unit.

상기 제1 스위치가 턴온되고 상기 제2 스위치가 턴오프되면, 상기 출력인덕터에 흐르는 전류는 양의 기울기를 가지고 상승하고, 상기 제1 스위치가 턴오프되고 상기 제2 스위치가 턴온되면, 상기 출력인덕터에 흐르는 전류는 음의 기울기를 가지고 하강될 수 있다.When the first switch is turned on and the second switch is turned off, the current flowing in the output inductor rises with a positive slope, and when the first switch is turned off and the second switch is turned on, Can be lowered with a negative slope.

상기 제1 스위치가 턴온되고 상기 제2 스위치가 턴오프되면, 상기 LED의 전압에 따라 상기 출력인덕터의 앞단 전압을 승압시킬 수 있다.When the first switch is turned on and the second switch is turned off, the voltage of the front end of the output inductor can be increased according to the voltage of the LED.

상술한 본 발명에 따르면, 낮은 배터리 전압을 유효하게 승압시키면서 동시에 연속적인 LED 전류를 얻을 수 있어 자동차용 조명과 같이 낮은 전압, 장수명의 LED 구동회로에 유용하게 적용할 수 있다.According to the present invention, a low battery voltage can be effectively increased and a continuous LED current can be obtained at the same time, so that the present invention can be effectively applied to an LED driver circuit having a low voltage and a long life, such as automobile lighting.

또한, 종래의 LED 구동회로에 비해 회로 구조를 단순화할 수 있어 장치의 부피를 줄일 수 있으며, 제작비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.In addition, the circuit structure can be simplified as compared with the conventional LED driving circuit, thereby reducing the volume of the device and reducing manufacturing costs.

본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 종래의 벅 컨버터를 사용하는 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.
도 2는 종래의 부스트 컨버터를 사용하는 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.
도 3은 종래의 전압배가기를 사용하는 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 승압형 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 승압형 LED 구동회로의 동작모드를 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실험예에 따른 모의실험 회로도이다.
도 8은 본 발명의 실험예에 따른 각 부의 파형을 측정한 그래프이다.1 is a circuit diagram showing a LED driving circuit using a conventional buck converter.
2 is a circuit diagram showing a conventional LED driver circuit using a boost converter.
3 is a circuit diagram showing an LED driving circuit using a conventional voltage doubling method.
4 is a circuit diagram showing a step-up type LED driver circuit according to the present invention.
5 and 6 are circuit diagrams showing an operation mode of a step-up type LED driver circuit according to the present invention.
7 is a simulation circuit diagram according to an experimental example of the present invention.
8 is a graph showing waveforms of respective parts according to an experimental example of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, .

실시예Example

도 4는 본 발명의 승압형 LED 구동회로를 나타내는 회로도이다.4 is a circuit diagram showing a step-up type LED driver circuit according to the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 연속 출력전류를 갖는 승압형 LED 구동회로(400)는 입력전원(Vin), 승압회로부(410) 및 승압회로부(410)와 LED 사이에 연결된 출력인덕터(L)를 포함한다.4, a boost type LED driver circuit 400 having a continuous output current according to the present invention includes an input power source Vin, a boost circuit unit 410, and a boost circuit unit 410 and an output inductor L ).

승압회로부(410)는 입력전원(Vin)에서 인가되는 전압을 승압시켜 승압된 전압을 출력하며, 스위칭부(401), 다이오드부(402) 및 차지펌핑 커패시터(Cc)를 포함할 수 있다.The booster circuit unit 410 may include a switching unit 401, a diode unit 402 and a charge pumping capacitor Cc to boost the voltage applied from the input power supply Vin to output a boosted voltage.

스위칭부(401)는 입력전원(Vin)과 병렬로 접속되고, 서로 직렬 접속된 제1 스위치(M1) 및 제2 스위치(M2)를 포함할 수 있다.The switching unit 401 may include a first switch M1 and a second switch M2 that are connected in parallel with the input power supply Vin and are connected in series with each other.

제1 스위치(M1)는 드레인단이 입력전원(Vin)에 연결되고, 소스단는 후술하는 차지펌핑 커패시터(Cc) 및 제2 스위치(M2)의 드레인단에 연결된다. 제2 스위치(M2)는 드레인단이 제1 스위치(M1)의 소스단 및 차지펌핑 커패시터(Cc)에 연결되고, 소스단은 접지와 연결된다.The drain terminal of the first switch M1 is connected to the input power supply Vin and the source terminal thereof is connected to the drain terminal of the charge pumping capacitor Cc and the second switch M2 described later. The second switch M2 has its drain terminal connected to the source terminal of the first switch M1 and the charge pumping capacitor Cc, and the source terminal connected to the ground.

제1 스위치(M1)와 제2 스위치(M2)는 회로 내에 구비된 전류제어기(420)를 통해 제어되며, 제1 스위치(M1)와 제2 스위치(M2)는 서로 교번으로 동작될 수 있다. 예를 들어, 제2 스위치(M2)가 전류제어기(420)의 제어에 의해 턴온되면 제1 스위치(M1)는 턴오프되고, 제2 스위치(M2)의 턴온에 따라 흐르는 전류 패스에 의해 차지펌핑 커패시터(Cc)는 입력전원인 Vin만큼 충전된다. 또한, 차지펌핑 커패시터(Cc)가 충전된 상태에서 전류제어기(420)의 제어에 의해 제2 스위치(M2)가 턴오프되고 제1 스위치(M1)가 턴온되면 제1 스위치(M1)의 턴온에 따라 흐르는 전류 패스에 의해 출력인덕터(L) 앞단 전압은 차지펌핑 커패시터(Cc)가 충전되어 있으므로 입력전원(Vin)의 두 배인 2Vin이 된다.The first switch M1 and the second switch M2 are controlled through a current controller 420 provided in the circuit and the first switch M1 and the second switch M2 can be alternately operated. For example, when the second switch M2 is turned on under the control of the current controller 420, the first switch M1 is turned off, and the current path that flows in accordance with the turn- The capacitor Cc is charged by Vin, which is the input power source. When the second switch M2 is turned off and the first switch M1 is turned on under the control of the current controller 420 while the charge pumping capacitor Cc is charged, The voltage in the front of the output inductor L becomes 2Vin twice as much as the input power supply Vin because the charge pumping capacitor Cc is charged by the current path that flows through the output pumping capacitor Cc.

다이오드부(402)는 스위칭부(401)와 병렬로 접속되고, 입력전원(Vin)에서 LED로 전류가 흐르도록 한다. 다이오드부(402)는 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)를 포함할 수 있다.The diode unit 402 is connected in parallel with the switching unit 401 to allow a current to flow from the input power supply Vin to the LED. The diode portion 402 may include a first diode D1 and a second diode D2.

제1 다이오드(D1)는 애노드가 입력전원(Vin)과 제1 스위치(M1)의 드레인단에 연결되며, 캐소드는 차지펌핑 커패시터(Cc) 및 제2 다이오드(D2)의 애노드에 연결된다. 제2 다이오드(D2)는 애노드가 제1 다이오드(D1)의 캐소드 및 차지펌핑 커패시터(Cc)에 연결되고, 캐소드가 출력인덕터(L)에 연결된다.The first diode D1 has an anode connected to the input power supply Vin and the drain terminal of the first switch M1 and a cathode connected to the charge pumping capacitor Cc and the anode of the second diode D2. The second diode D2 has its anode connected to the cathode of the first diode D1 and the charge pumping capacitor Cc and the cathode connected to the output inductor L.

제1 다이오드(D1)는 제2 스위치(M2)의 턴온에 의해 입력전원(Vin)에서 차지펌핑 커패시터(Cc)로 전류를 흘려 입력전원(Vin)이 차지펌핑 커패시터(Cc)로 충전될 수 있도록 전류 패스를 제공한다. 또한, 제2 다이오드(D2)는 제1 스위치(M1)의 턴온에 의해 입력전원(Vin)에서 차지펌핑 커패시터(Cc)를 거쳐 출력인덕터(L) 방향으로 전류가 흐를 수 있도록 전류 패스를 제공한다.The first diode D1 is turned on by turning on the second switch M2 so that a current flows from the input power supply Vin to the charge pumping capacitor Cc so that the input power supply Vin can be charged to the charge pumping capacitor Cc Current path. The second diode D2 also provides a current path so that current can flow in the direction of the output inductor L from the input power supply Vin through the charge pumping capacitor Cc by turning on the first switch M1 .

차지펌핑 커패시터(Cc)는 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2) 사이의 노드와 제1 스위치(M1)와 제2 스위치(M2) 사이의 노드에 연결되며, 스위칭부(401)의 스위칭 동작에 따라 입력전원(Vin)을 충전 또는 방전한다.The charge pumping capacitor Cc is connected to a node between the first diode D1 and the second diode D2 and to a node between the first switch M1 and the second switch M2, And charges or discharges the input power supply Vin according to the switching operation.

출력인덕터(L)는 제2 다이오드(D2)의 캐소드와 LED 사이에 연결되며, 제1 스위치(M1)와 제2 스위치(M2)의 스위칭 동작에 따라 인가되는 전류에 의해 출력인덕터(L) 전류는 이에 상응하는 기울기를 갖는다.The output inductor L is connected between the cathode of the second diode D2 and the LED and is connected to the output inductor L by the current applied in accordance with the switching operation of the first switch M1 and the second switch M2. Has a corresponding slope.

동작모드Operation mode

도 5 및 도 6은 본 발명의 승압형 LED 구동회로의 동작모드를 나타내는 회로도이다.5 and 6 are circuit diagrams showing an operation mode of a step-up type LED driver circuit according to the present invention.

도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 승압형 LED 구동회로의 동작모드를 아래에 상세히 설명한다.5 and 6, the operation mode of the step-up type LED driver circuit of the present invention will be described in detail below.

도 5는 모드 1에 대한 전류흐름도이다. 도 5를 참조하면, 모드 1에서는 전류제어기(420)의 제어에 의해 제1 스위치(M1)가 턴온되고, 제2 스위치(M2)는 턴오프된다. 따라서, LED 구동회로(400)의 전류경로는 입력전원(Vin), 제1 스위치(M1), 차지펌핑 커패시터(Cc), 제2 다이오드(D2), 출력인덕터(L) 및 LED의 전류경로가 형성된다. 이때, 차지펌핑 커패시터(Cc)에는 입력전원(Vin)의 전압이 충전되어 있으므로 출력인덕터(L) 앞단에 인가되는 전압(Vx)은 입력전원(Vin)의 2배인 2Vin이 된다. 따라서, 출력인덕터(L)에 인가되는 양단전압(VL)은 출력인덕터(L)의 앞단 전압(Vx)과 LED 전압(VLED)에 의해 2Vin-VLED가 된다. 이때, 출력인덕터(L)에 인가되는 양단전압(VL)은 양의 전압을 가지므로 출력인덕터(L)에 흐르는 전류(IL)는 (2Vin-VLED)/L의 기울기로 상승한다. 여기서, 출력인덕터(L) 앞단의 전압(Vx)은 LED전압(VLED)에 따라 승압되는 전압이 변경될 수 있기 때문에 출력인덕터(L) 앞단의 평균전압은 정확히 입력전원(Vin)의 2배가 되는 것은 아니다.5 is a current flow chart for mode 1; Referring to FIG. 5, in mode 1, the first switch M 1 is turned on and the second switch M 2 is turned off under the control of the current controller 420. The current path of the LED drive circuit 400 is controlled by the current path of the input power supply Vin, the first switch M1, the charge pumping capacitor Cc, the second diode D2, the output inductor L, . At this time, since the charge pumping capacitor Cc is charged with the voltage of the input power source Vin, the voltage Vx applied to the front end of the output inductor L becomes 2Vin which is twice the input power source Vin. Therefore, the both-end voltage V L applied to the output inductor L becomes 2Vin-V LED by the front end voltage Vx of the output inductor L and the LED voltage V LED . At this time, since the both-end voltage V L applied to the output inductor L has a positive voltage, the current I L flowing in the output inductor L rises at a slope of (2Vin-V LED ) / L. Since the voltage Vx at the front end of the output inductor L can be changed in accordance with the LED voltage V LED , the average voltage at the front end of the output inductor L is twice as high as the input power Vin It is not.

도 6은 모드 2에 대한 전류흐름도이다. 도 6을 참조하면, 모드 2에서는 전류제어기(420)의 제어에 의해 제1 스위치(M1)는 턴오프되고, 제2 스위치(M2)가 턴온된다. 따라서, 전류배가회로부에서의 전류경로는 입력전원(Vin), 제1 다이오드(D1), 차지펌핑 커패시터(Cc) 및 제2 스위치(M2)의 전류경로가 형성되므로, 차지펌핑 커패시터(Cc)에는 입력전원(Vin) Vin전압이 충전된다. 또한, 출력인덕터(L)에 흐르는 전류경로는 출력인덕터(L), LED, 제2 스위치(M2)의 바디다이오드, 차지펌핑 커패시터(Cc) 및 제2 다이오드(D2)의 전류경로가 형성된다. 모드 2의 경우에는 출력인덕터(L) 앞단 전압(Vx)은 제2 스위치(M2)가 턴온되어 있으므로 차지펌핑 커패시터(Cc) 전압 즉, 입력전원(Vin)의 전압과 같다. 따라서, 출력인덕터(L)의 양단 전압은 Vin-VLED가 된다. 이러한 출력인덕터(L)의 양단 전압은 음의 전압을 가지므로 출력인덕터(L)의 전류는 (Vin-VLED)/L의 기울기로 하강한다.6 is a current flow chart for mode 2; Referring to FIG. 6, in mode 2, under the control of the current controller 420, the first switch Ml is turned off and the second switch M2 is turned on. Therefore, the current path in the current doubling circuit portion forms the current path of the input power supply Vin, the first diode D1, the charge pumping capacitor Cc and the second switch M2, so that the charge pumping capacitor Cc Input power (Vin) Vin voltage is charged. The current path through the output inductor L is formed by the current path of the output inductor L, the LED, the body diode of the second switch M2, the charge pumping capacitor Cc and the second diode D2. In Mode 2, the voltage Vx in front of the output inductor L is equal to the charge pumping capacitor Cc, that is, the voltage of the input power source Vin since the second switch M2 is turned on. Therefore, the voltage across the output inductor L becomes Vin-V LED . Since the voltage across the output inductor L has a negative voltage, the current of the output inductor L falls at a slope of (Vin-V LED ) / L.

상기한 바와 같이, 모드 1에서는 출력인덕터(L)에 인가되는 양단전압이 양의 전압을 가지므로 출력인덕터(L)에 흐르는 전류의 기울기는 상승하고, 모드 2에서는 출력인덕터(L)에 인가되는 양단전압이 음의 전압을 가지므로 출력인덕터(L)에 흐르는 전류의 기울기가 하강하기 때문에 모드 1과 모드 2의 반복되는 동작에 의해 본 발명의 LED 구동회로는 연속적인 전류를 얻을 수 있다. 이러한 연속적인 전류를 얻기 위해 도 3에 도시한 종래의 전압배가기(310)와 벅 컨버터(320)로 구성된 LED 구동회로(300)에서는 벅 컨버터(320)를 이용하여 출력인덕터(L)에 흐르는 전류의 기울기를 조절해야 하기 때문에 별도의 제어회로가 추가되야 한다. 따라서, 구조가 복잡해지고 회로 제작에 있어서 비용이 상승하는 단점을 가지고 있으나, 본 발명에 따른 LED 구동회로(400)는 승압회로부(410)의 제어에 의해 연속적인 전류를 얻을 수 있기 때문에 회로 구조를 단순화 할 수 있고, 회로 제작에 소요되는 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.As described above, in Mode 1, the voltage across the output inductor L has a positive voltage, so that the slope of the current flowing through the output inductor L rises and is applied to the output inductor L in mode 2 The slope of the current flowing through the output inductor L falls because the both-end voltage has a negative voltage, so that the LED driver circuit of the present invention can obtain a continuous current by repeating the operation of mode 1 and mode 2. [ In order to obtain such a continuous current, in the LED driving circuit 300 composed of the conventional voltage doubler 310 and the buck converter 320 shown in FIG. 3, the buck converter 320 is used to drive the output inductor L Since the slope of the current must be adjusted, a separate control circuit must be added. However, since the LED driving circuit 400 according to the present invention can obtain a continuous current under the control of the step-up circuit unit 410, It is possible to simplify the circuit, and it is possible to reduce the cost of circuit manufacturing.

상술한 동작 모드에 의한 입출력 관계는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.The input / output relationship based on the above-described operation mode can be expressed by the following equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, VLED는 LED 전압, Vin은 입력전압 및 D는 시비율을 나타낸다.Here, V LED represents the LED voltage, Vin represents the input voltage, and D represents the duty ratio.

따라서, 수학식 1에서와 같이 동작 시비율 D에 따라 입력전압 보다 높은 LED 전압을 얻을 수 있기 때문에 LED의 직렬화가 용이하며, LED와 출력인덕터(L)가 직렬로 연결되어 있어 연속적인 전류가 흐를 수 있기 때문에 종래의 벅 컨버터와 같이 LED의 수명에도 영향을 주지 않는 장점이 있다.Accordingly, since the LED voltage higher than the input voltage can be obtained according to the operation ratio D as in Equation (1), serialization of the LED is easy, and the LED and the output inductor (L) are connected in series, It has the advantage of not affecting the lifetime of the LED like a conventional buck converter.

실험예Experimental Example

본 발명에 따른 연속 출력전류를 갖는 승압형 LED 구동회로(400)의 성능을 평가하기 위하여, LED 구동회로를 모의 회로로 구성하여 실험을 실시하였다.In order to evaluate the performance of the step-up type LED driver circuit 400 having a continuous output current according to the present invention, an experiment was conducted by constructing a LED driver circuit as a simulation circuit.

도 7은 본 발명의 실험예에 따른 모의실험 회로도이고, 도 8은 본 발명의 실험예에 따른 각 부의 파형을 측정한 그래프이다.FIG. 7 is a simulation circuit diagram according to an experimental example of the present invention, and FIG. 8 is a graph illustrating a waveform of each part according to an experimental example of the present invention.

도 7 및 도 8을 참조하면, 도 7에서와 같이 도 4의 승합형 LED 구동회로를 회로로 구성하고, 실험 조건으로 입력전원(Vin)은 12V, LED 전압은 20V, LED에 흐르는 전류는 0.5A로 설정하였다.Referring to FIGS. 7 and 8, as shown in FIG. 7, the multi-level LED driver circuit shown in FIG. 4 is constructed of a circuit, and the input power source Vin is 12V, the LED voltage is 20V, A.

실험결과, 도 8에 도시한 파형과 같이, 제1 스위치(M1)가 턴온되고 제2 스위치(M2)가 턴오프되면 출력인덕터(L)의 앞단 전압(Vx) 파형이 12V에서 24V로 2배 상승되고, 제1 스위치(M1)가 턴오프되고 제2 스위치(M2)가 턴온되면 출력인덕터(L)의 앞단 전압(V) 파형이 24V에서 다시 12V가 되는 것을 확인할 수 있다.8, when the first switch M 1 is turned on and the second switch M 2 is turned off, the voltage Vx of the front end of the output inductor L is doubled from 12 V to 24 V. As a result, When the first switch Ml is turned off and the second switch Ml is turned on, it can be seen that the waveform of the voltage V in the front end of the output inductor L becomes 12V again at 24V.

또한, 제1 스위치(M1)가 턴온되고 제2 스위치(M2)가 턴오프되면 LED에 흐르는 전류는 양의 기울기를 가지고 상승하며, 제1 스위치(M1)가 턴오프되고 제2 스위치(M2)가 턴온되면 LED에 흐르는 전류는 음의 기울기를 가지고 하강하는 파형을 확인할 수 있다. 즉, LED에 흐르는 전류가 양의 기울기와 음의 기울기를 반복하는 파형을 가지며 LED에 연속적인 전류가 흐르는 것을 확인할 수 있다.When the first switch Ml is turned on and the second switch Ml is turned off, the current flowing through the LED rises with a positive slope. When the first switch Ml is turned off and the second switch M2 is turned off, Is turned on, the current flowing through the LED can be detected as a waveform that falls with a negative slope. That is, the current flowing through the LED has a waveform that repeats positive slope and negative slope, and a continuous current flows through the LED.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연속 출력전류를 갖는 승압형 LED 구동회로(400)는 종래의 전압배가기의 구조를 이용하면서 종래의 회로구조에 비해 스위치, 다이오드를 감소시키고, 벅 컨버터(320)가 제거된 형태를 갖는다. 따라서, 낮은 배터리 전압을 유효하게 승압시키면서 동시에 연속적인 LED 전류를 얻을 수 있기 때문에 자동차용 조명과 같이 낮은 전압, 장수명의 LED 구동회로에 유용하게 적용할 수 있다.As described above, the boost type LED driver circuit 400 having a continuous output current according to the present invention reduces the number of switches and diodes compared to the conventional circuit structure while using a conventional voltage doubling structure, ) Is removed. Therefore, since the LED current can be continuously obtained while simultaneously boosting the low battery voltage, it can be effectively applied to a low voltage, long-life LED driver circuit such as automotive lighting.

또한, 종래의 LED 구동회로에 비해 회로 구조를 단순화할 수 있어 장치의 부피를 줄일 수 있으며, 제작비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.In addition, the circuit structure can be simplified as compared with the conventional LED driving circuit, thereby reducing the volume of the device and reducing manufacturing costs.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

410 : 승압회로부 401 : 스위칭부
402 : 다이오드부 420 : 전류제어기
M1 : 제1 스위치 M2 : 제2 스위치
D1 : 제1 다이오드 D2 : 제2 다이오드
Cc : 차지펌핑 커패시터 L : 출력인덕터410: step-up circuit unit 401:
402: diode section 420: current controller
M1: first switch M2: second switch
D1: first diode D2: second diode
Cc: charge pumping capacitor L: output inductor

Claims (8)

입력전원;
상기 입력전원에서 인가되는 전압을 승압시켜 LED로 승압된 전압을 출력하도록 하는 승압회로부; 및
상기 승압회로부의 동작에 의해 상기 LED가 연속된 전류를 갖도록 제어하는 출력인덕터를 포함하는 승압형 LED 구동회로.Input power;
A step-up circuit unit for stepping up a voltage applied from the input power source to output a voltage boosted by the LED; And
And an output inductor for controlling the LED to have a continuous current by the operation of the step-up circuit unit. 제1항에 있어서,
상기 출력인덕터는 상기 승압회로부와 상기 LED 사이에 연결되는 것인 승압형 LED 구동회로.The method according to claim 1,
And the output inductor is connected between the step-up circuit section and the LED. 제1항에 있어서, 상기 승압회로부는,
서로 직렬 접속된 제1 스위치 및 제2 스위치가 상기 입력전원과 병렬로 접속되고, 전류제어기의 스위칭 제어신호에 따라 스위칭하는 스위칭부;
서로 직렬 접속된 제1 다이오드 및 제2 다이오드가 상기 스위칭부와 병렬로 접속되고, 상기 입력전원에서 상기 LED로 전류가 흐르도록 하는 다이오드부; 및
상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 상기 입력전원을 충전 또는 방전하는 차지펌핑 커패시터를 포함하는 승압형 LED 구동회로.The power supply circuit according to claim 1,
A switching unit connected in parallel with the input power source, the first switch and the second switch connected in series to each other and switching according to a switching control signal of the current controller;
A first diode and a second diode connected in series to each other are connected in parallel with the switching unit, and a current flows from the input power source to the LED; And
And a charge pumping capacitor for charging or discharging the input power according to a switching operation of the switching unit. 제3항에 있어서,
상기 LED전압은 상기 스위칭부의 동작 시비율에 따라 상기 입력전압보다 높은 전압이 인가되는 것인 승압형 LED 구동회로.The method of claim 3,
Wherein the LED voltage is higher than the input voltage according to an operation ratio of the switching unit. 제3항에 있어서,
상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 서로 교번으로 동작되는 것인 승압형 LED 구동회로.The method of claim 3,
Wherein the first switch and the second switch are alternately operated. 제3항에 있어서,
상기 차지펌핑 커패시터는 상기 스위칭부의 제어에 따라 상기 입력전압 만큼 충전 또는 방전하는 것인 승압형 LED 구동회로.The method of claim 3,
And the charge pumping capacitor is charged or discharged by the input voltage under the control of the switching unit. 제3항에 있어서,
상기 제1 스위치가 턴온되고 상기 제2 스위치가 턴오프되면, 상기 출력인덕터에 흐르는 전류는 양의 기울기를 가지고 상승하고, 상기 제1 스위치가 턴오프되고 상기 제2 스위치가 턴온되면, 상기 출력인덕터에 흐르는 전류는 음의 기울기를 가지고 하강하는 것인 승압형 LED 구동회로.The method of claim 3,
When the first switch is turned on and the second switch is turned off, the current flowing in the output inductor rises with a positive slope, and when the first switch is turned off and the second switch is turned on, Wherein the current flowing through the LED driving circuit is lowered with a negative slope. 제3항에 있어서,
상기 제1 스위치가 턴온되고 상기 제2 스위치가 턴오프되면, 상기 LED의 전압에 따라 상기 출력인덕터의 앞단 전압을 승압시키는 것인 승압형 LED 구동회로.The method of claim 3,
And when the first switch is turned on and the second switch is turned off, the voltage of the front end of the output inductor is boosted in accordance with the voltage of the LED.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200000666A (en) 2018-06-25 2020-01-03 영남대학교 산학협력단 Current sensing method based on inductor calculation and led driver circuit

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