KR101034899B1 - 출력단의 전압／전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로 - Google Patents

출력단의 전압／전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로에 대한 것으로서, 특히 컨버터의 제어/구동부와 출력단의 전압/전류를 검출하는 회로의 동작 기준전압을 동일하게 구성하여 출력단의 전압/전류를 파워 스위치의 온/오프 동작과 무관하게 제어/구동부에서 항시 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로에 관한 것이다. 본 발명은 발광 다이오드와 직렬 연결된 검출 소자를 구비하여 스위칭 소자의 상태와 상관없이 발광 다이오드에 흐르는 전류를 직접적으로 검출하여 제어할 수 있는 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 발광 다이오드 구동에 필요한 출력전압을 스위칭 소자의 상태와 상관없이 직접적으로 검출하여 제어 할 수 있는 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동회로를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 특히 고전압 환경에서의 발광 다이오드 구동 시 추가적인 고절연형 발광 다이오드 전류검출 회로 혹은 발광다이오드 구동에 필요한 전압검출 회로를 생략하여 전체 제품 크기와 소자수를 줄일 수 있는 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로를 제공할 수 있다.
승강압형 컨버터, 발광 다이오드, 전류, 전압, 피드백, 검출, 저항

Description

출력단의 전압／전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로{LIGHT-EMITTING DIODE DRIVING CIRCUIT HAVING STEP-UP/DOWN CONVERTER CAPABLE OF DIRECT DETECTION OF OUTPUT VOLTAGE/CURRENT}
본 발명은 입력전압보다 출력전압이 낮게 혹은 높게 제어할 수 있는 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로에 대한 것으로서, 특히 컨버터의 제어/구동기과 출력단의 전압/전류를 검출하는 회로의 동작전압이 동일하게 회로를 구성하여 검출 회로에서 검출된 출력단의 전압/전류의 신호를 컨버터 제어기에서 직접사용이 가능하게 하는 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로에 관한 것이다.
기존의 발광 다이오드는 핸드폰, PDA, 노트북 등에 사용되는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD)의 백라이트 기능에 주로 사용되었다. 그러나 발광 다이오드 제조 기술의 발달로 효율이 증가되고 휘도가 크게 개선되어 TV와 같은 대형 액정 표시 장치의 광원으로 사용될 뿐만 아니라 일반조명, 보안등 및 가로등에도 널리 적용되고 있다. 발광 다이오드의 긴 수명, 친환경성 그리고 지속적인 광 효율 개선 노력으로 현재 조명에 가장 많이 사용하고 있는 형광램프를 2012년 이후에는 상당부분 대체할 것으로 예상되고 있다.
종래의 대표적인 강압형 DC-DC 컨버터 방식의 발광 다이오드 전류제어 회로가 도 1에 나타나있다. 종래기술의 경우 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00001
)에 흐르는 전류를 검출하기 위하여 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00002
)의 소스(Source, Emitter)에 저항(
Figure 112009062435610-pat00003
)을 사용하여 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00004
)에 흐르는 전류(
Figure 112009062435610-pat00005
)를 검출하고 있다. 하지만, 도 1과 같은 회로 구성은 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00006
)에 흐르는 전류(
Figure 112009062435610-pat00007
)를 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00008
)가 턴온 되었을 때는 검출 저항(
Figure 112009062435610-pat00009
)에 걸리는 전압을 통해 검출 할 수 있지만, 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00010
)가 턴오프되면 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00011
)에 흐르는 전류를 검출할 수 없다. 따라서, 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00012
)가 턴온된 경우에만 전류를 검출하여 제어함으로서 출력 전류의 최대값만을 제어하게 된다. 이 경우, 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00013
)에 흐르는 전류(
Figure 112009062435610-pat00014
)의 평균치는 입력전압의 크기와 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00015
)에 걸리는 전압의 크기에 따라 변동되어 실제 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00016
)의 평균치 전류를 제어하지 못하는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 개선하기 위해서 도 2에 도시된 바와 같이 절연형 전류 센서를 포함하는 별도의 전류검출회로를 이용하여 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00017
)에 흐르는 전류(
Figure 112009062435610-pat00018
)를 검출하는 방법을 사용하고 있다. 하지만, 고전압 환경에서는 전류검출회로의 고전압 절연 특성이 요구되어 간단한 형태의 전류센서를 사용할 수 없고 고전압 절연특성을 갖는 별도의 센서를 추가해야 하므로 전체 시스템의 크기가 증가하고 전체 시스템 가격이 상승하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 입력전압이 목표 출력전압보다 높거나 낮은 경우에도 스위칭 소자의 온/오프 상태에 상관없이 항상 출력단의 전압 또는 전류를 직접적으로 검출할 수 있는 기능을 갖는, 즉, 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 별도의 절연형 전류/전압 센서 없이 발광 다이오드에 흐르는 전류/전압의 평균값제어, 출력전류/출력전압의 맥동 감소 등의 정밀 제어가 가능한 발광 다이오드 구동 회로를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로로서, 도 3에서와 같이 플로팅 정전압원, 제어기 및 구동기, 스위칭 소자, 인턱터 및 캐피기터, 스타팅 저항, 다이오드, 센싱저항 및 발광다이오드를 연결하여, 스위치의 온/오프에 상관없이 제어기와 센싱소자의 전압을 동일하게 구성하여 스위치의 상태와 상관없이 항상 출력 전류를 제어기에 피드백하여 출력전류를 일정하게 제어하는 것을 특징으로 하는 승강압형 컨버터방식 발광 다이오드 구동 회로를 제공한다.
또한, 본 발명은 도 4에서와 같이 플로팅 정전압원, 제어기 및 구동기, 스위칭 소자, 센싱 소자1 및 센싱소자 2, 인턱터 및 캐피서터, 스타팅 저항, 다이오드 및 발광다이오드를 연결하여, 스위치의 온/오프에 상관없이 제어기와 센싱소자의 전압을 동일하게 구성하여 스위치의 상태와 상관없이 항상 출력 전압을 제어기에 피드백하여 출력전압를 일정하게 제어하는 것을 특징으로 하는 승강압형 컨버터방식 발광 다이오드 구동 회로를 제공한다.
또한, 본 발명은 도 4에서 나타난 일정 출력전압을 이용하여 도 5와 같이 일정전류제어 방식을 추가적으로 적용하여 발광다이오드를 구동하는 회로를 제공한다.
또한, 본 발명은 도 4에서 나타난 일정 출력전압을 입력전압으로 이용하여 도 6과 같이 DC/DC 컨버터 혹은 Charge Pump를 적용하여 발광다이오드를 구동하는 회로를 제공한다.
또한, 본 발명은 도 7과 8에서와 같이 발광다이오드에 흐르는 전류를 센싱하는 위치를 다양하게 변경하는 회로를 제공할 수 있는데, 이는 도 3에서의 발광다이오드에 흐르는 전류를 검출하기 위한 센싱저항의 위치에 따라 센싱전압이 기준전압 대비 (+)혹은 (-) 전압을 가질 수 있으며 중요한 것은 스위치 턴오프시에 센싱이 불가능한 기존의 발광다이오드 구동회로와는 다르게 스위치의 온/오프 상태와 상관없이 센싱전압과 기준전압의 차를 수백 mV 이내로 유지하여 항상 출력전류의 검출이 가능한 구동회로를 제공한다.
상기에 공통적으로 사용되는 제어기는, 상기 인덕터, 캐패시터 및 상기 센싱 소자의 일단과 낮은 전위가 접속된 정전압원과, 상기 센싱 소자에서 검출된 궤환전압을 기준 전압과 비교하여 두 값의 차이에 해당하는 듀티를 발생시켜 상기 궤환 전압이 상기 기준 전압과 같도록 제어하는 제어기와, 상기 제어기에서 발생된 소신 호 듀티신호를 버퍼링하고 상기 스위칭 소자를 높은 주파수에서 동작시키는 게이트 구동기를 포함한다. 상기 제어기는 펄스 폭 변조 제어, 펄스 주파수 변조 제어, 버스트 제어 및 히스테리시스 제어 중 어느 하나를 포함하는 스위칭 컨버터 토폴로지를 사용할 수 있다.
상기에 공통적으로 사용되는 스위칭 소자는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터와, 절연 게이트 양극성 트랜지스터와, 접합형 트랜지스터, 접합형 전계효과 트랜지스터를 포함하는 게이트 구동형 파워 디바이스를 사용할 수 있다.
상기에 공통적으로 사용되는 전류/전압 센싱 소자는 센싱 저항과, 다이오드와, 전류원과, 트랜지스터의 크기비를 이용하는 것을 특징으로 하는 검출회로를 사용할 수 있다.
본 발명은 파워스위치의 온/오프 동작과 상관없이 발광 다이오드에 흐르는 전류를 컨트롤 블록에서 항상 직접적으로 검출 및 제어할 수 있는 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 고전압 환경 하에서도 상시 전류 검출에 있어서 별도의 센싱 소자 사용이 필요치 않아 제품 크기와 소자수를 줄일 수 있는 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 발광 다이오드 구동에 필요한 출력전압을 스위칭 소자의 상태와 상관없이 직접적으로 검출하여 제어 할 수 있는 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 특히 고전압 환경에서의 발광 다이오드 구동 시 추가적인 고절연형 발광 다이오드 전류검출 회로 혹은 발광다이오드 구동에 필요한 전압검출 회로를 생략하여 전체 제품 크기와 소자수를 줄일 수 있는 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로를 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명에 따른 출력단 전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 출력단 전압의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로이다. 도 7 내지 도 9는 도 3과 기본적인 동작은 동일하며 출력단의 전류를 검출하는 방법에 있어서 변형된 형태를 나타내며, 도 10은 스타트업 시간을 줄이기 위한 플로팅 레귤레이터를 생성하는 방법을 적용한 LED 구동 회로이다.
본 발명에 따른 출력단 전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로는 도 3에 도시된 바와 같이, 스텝업/다운 제어기(Step-up/down Controller, 100)를 형성하는 플로팅 전압원(120) 및 제어/구동 기(140)와, 제어/구동기(140)의 구동기에 접속된 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00019
)와, 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00020
)와 직렬 접속된 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00021
)과, 센싱 소자(
Figure 112009062435610-pat00022
)와 직렬 접속된 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00023
)와, 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00024
)와 접속된 인덕터(
Figure 112009062435610-pat00025
) 및 와 필터 커패시터(
Figure 112009062435610-pat00026
), 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00027
) 및 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00028
)와 병렬 접속된 필터 커패시터(
Figure 112009062435610-pat00029
)와, 필터 커패시터(
Figure 112009062435610-pat00030
) 및 인덕터(
Figure 112009062435610-pat00031
)의 양단에 접속된 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00032
), 필터 커패시터(
Figure 112009062435610-pat00033
)와 접속된 플로팅 전원의 입력, 입력전압과 플로팅 전원의 입력에 접속된 스타트 저항(
Figure 112009062435610-pat00034
)을 포함한다.
스텝업/다운 제어기(Step-up/down controller, 100)는 출력단의 전압/전류를 목표치에서 일정하게 제어되도록 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00035
)의 듀티를 제어하는 기능을 수행한다. 이러한 스텝다운 제어기(100)는 전술된 바와 같이 동작전원을 공급하는 플로팅 전압레귤레이터(120)와, 기준 전압(
Figure 112009062435610-pat00036
)과 출력 검출신호를 비교/제어하는 제어기 및 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00037
)를 구동하는 게이트 구동회로를 구비한 제어/구동기(140)를 포함한다.
플로팅 전압 레귤레이터(120)는 일반적인 전압 레귤레이터와는 다르게 기준전압이 접지가 되지 않고 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00038
)의 동작에 따라 기준전압 변동하게 된다. 본 발명에서는 플로팅 전압 레귤레이터의 입력전압을 입력전원(Vs)을 사용하지 않고 출력전압인 필터 캐패시터의 전압을 사용하여 입력전원에서 직접적으로 생성하는 기존의 플로팅 파워보다 높은 효율을 갖는 것을 특징으로 한다. 즉, 초기 구동 시에는 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00039
)가 턴오프 상태에 있으며 큰 저항값을 갖는 Rstart를 통하여 필터 캐패시터의 전압이 서서히 충전되어 최소요구전압으로 상승하게 되면 스텝 업/다운제어기에 의해서 필터 캐패시터의 전압이 상승하게 된다. 대부분의 상용 AC 전원에서 발생된 입력전압은 발광다이오드 구동에 사용되는 출력전압보다 훨씬 높기 때문에 플로팅 전압레귤레이터의 입력전압을 스텝업/다운 컨버터에서 낮게 변환된 출력전압으로 사용하는 것이 효율적으로 유리하다.
제어기는 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00040
)에서 검출된 궤환 전압(
Figure 112009062435610-pat00041
)을 기준 전압(
Figure 112009062435610-pat00042
)과 비교하여 두 값의 차이에 해당하는 듀티를 발생시켜 궤환 전압(
Figure 112009062435610-pat00043
)이 기준 전압(
Figure 112009062435610-pat00044
)과 같도록 제어하는 기능을 한다. 즉, 기준 전압(
Figure 112009062435610-pat00045
)과 본 발명에 따른 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로 출력단에서 피드백된 발광 다이오드 전류(
Figure 112009062435610-pat00046
)와 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00047
)에 대한 궤환 전압(
Figure 112009062435610-pat00048
)을 인가 받아 비교함으로써 궤환 전압(
Figure 112009062435610-pat00049
)이 기준 전압(
Figure 112009062435610-pat00050
)보다 낮을 경우 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00051
)를 턴온시키고 반대로 기준 전압(
Figure 112009062435610-pat00052
)보다 높을 경우 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00053
)를 턴오프시키는 동작에 의해서 인덕터(
Figure 112009062435610-pat00054
)의 전류를 제어함으로서 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00055
)에 흐르는 전류(
Figure 112009062435610-pat00056
)를 입력제어 기준 전압이 기준 전압(
Figure 112009062435610-pat00057
)에 수렴하도록 제어하게 된다. 제어기는 적분기를 사용하는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 제어 혹은 펄스 주파수 변조(Pulse Frequency Modulation, PFM) 혹은 적분기 없이 비교 기능만을 가지는 히스테리시스(Hysteresis) 제어 등으로 구성할 수 있다. 즉, 일반적인 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply, SMPS) 제어 기법을 그대로 적용할 수 있다.
구동기는 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00058
)를 직접 구동하는 역할을 한다. 제어기에서 발생된 소신호 듀티신호를 버퍼링하고 고전류 구동능력을 제공하여 고출력 스위칭 소 자(
Figure 112009062435610-pat00059
)를 높은 주파수에서 동작가능하게 한다.
센싱 저항 양단(
Figure 112009062435610-pat00060
)의 전압은 다음의 수식1과 같이 나타낼 수 있다.
[수식1]
Figure 112009062435610-pat00061
여기서,
Figure 112009062435610-pat00062
는 본 발명에 따른 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로 출력단의 궤환 전압이며,
Figure 112009062435610-pat00063
는 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00064
)의 저항값이고,
Figure 112009062435610-pat00065
는 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00066
)에 흐르는 전류값이다. 즉, 수식1에 나타난 것과 같이 고정된 궤환 전압(
Figure 112009062435610-pat00067
) 조건에서 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00068
)을 조절하여 발광 다이오드 전류(
Figure 112009062435610-pat00069
)를 조절할 수 있다.
상기의 블록으로 구성된 발광 다이오드 드라이버, 즉, 제어/구동기(140)는 기준 전압(
Figure 112009062435610-pat00070
)과 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00071
)에 흐르는 전류(
Figure 112009062435610-pat00072
)를 나타내는 궤환 전압(
Figure 112009062435610-pat00073
)을 입력으로 인가받아 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00074
)의 듀티를 조정하여 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00075
)에 일정한 전류를 공급하는 기능을 한다.
또한, 인덕터(
Figure 112009062435610-pat00076
)에 흐르는 전류와 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00077
)에 흐르는 전류(
Figure 112009062435610-pat00078
)가 동일하지 않다. 인덕터(
Figure 112009062435610-pat00079
)에 흐르는 전류는 필터 커패시터(
Figure 112009062435610-pat00080
)에 의해서 필터링되어 적분된 값의 전압으로 나타나므로, 필터 커패시터(
Figure 112009062435610-pat00081
)에 저장되는 전압을 제어하여 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00082
)에 흐르는 전류(
Figure 112009062435610-pat00083
)를 제어한다. 또한, 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00084
)의 양단에 걸리는 전압은 항상 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00085
)에 흐르는 전류(
Figure 112009062435610-pat00086
)를 그대로 나타내므로 쉽게 발광 다이오드 전류(
Figure 112009062435610-pat00087
)를 제어할 수 있다. 물론, 이에 따라, 기 존의 스위칭 모드 파워 서플라이(Switching Mode Power Supply, SMPS) 제어방식인 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM), 펄스 주파수 변조(Pulse Frequency Modulation, PFM), 히스테리시스(Hysteresis) 제어 등의 제어 기법 역시 그대로 적용이 가능하다.
본 발명에 따른 출력단의 전압의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로는 도4와 같이 구성한다. 이때 제어기는 출력 전압(
Figure 112009062435610-pat00088
)을 일정하게 유지하는 기능을 하며 이 전압을 기준으로 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00089
)를 직접구동하거나 정전류 구동단을 사용하여 다수의 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00090
)를 구동할 수 있다. 이와 같은 정전압 제어의 경우 두 개의 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00091
,
Figure 112009062435610-pat00092
)에서 검출된 궤환 전압(
Figure 112009062435610-pat00093
)을 기준 전압(
Figure 112009062435610-pat00094
)과 비교하여 두 값의 차이에 해당하는 듀티를 발생시켜 궤환 전압(
Figure 112009062435610-pat00095
)이 기준 전압(
Figure 112009062435610-pat00096
)과 같도록 제어하는 같은 기능을 한다. 이 경우 출력전압(
Figure 112009062435610-pat00097
)은 상기 설명한 펄스 폭 변조 제어 기법이 동일하게 적용되어 일정 전압으로 제어된다. 이때, 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00098
,
Figure 112009062435610-pat00099
)에서 검출된 출력 전압은 다음의 수식2와 같이 나타낼 수 있다.
[수식2]
Figure 112009062435610-pat00100
혹은
Figure 112009062435610-pat00101
여기서,
Figure 112009062435610-pat00102
는 본 발명에 따른 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로 출력단의 궤환 전압이며,
Figure 112009062435610-pat00103
는 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00104
)의 저항값이고,
Figure 112009062435610-pat00105
는 출력전압이고,
Figure 112009062435610-pat00106
는 제어기의 기준 전압이다.
즉, 고정된 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00107
,
Figure 112009062435610-pat00108
)조건에서 제어기에 입력되는 궤환 전압(
Figure 112009062435610-pat00109
)을 조절하여 제어될 일정 출력전압을 설정할 수 있다.
도 4 내지 도 9에 적용된 스텝다운 제어기는 도 3에 적용된 것과 동일한 구성을 가지고 있으며 도 3과 도 5에서는 출력전류를 제어하고 도 4에서는 출력전압을 제어한다.
상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로에서 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00110
)는 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00111
)의 동작을 제어하기 위한 것으로서, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET)와, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated gate bipolar transistor, IGBT)와, 접합형 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT), 접합형 전계효과 트랜지스터(Junction Field Effect Transistor, JFET) 등의 파워 스위치를 포함할 수 있다. 이러한 스위칭 소자(
Figure 112009062435610-pat00112
)는 베이스(Gate)가 구동기에 접속되고, 콜렉트(Drain)는 입력 전원(
Figure 112009062435610-pat00113
)과 접속되며, 에미터(소오스)는 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00114
)과 접속된다.
센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00115
)은 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00116
)에 인가되는 전류값(
Figure 112009062435610-pat00117
)을 제어기에 피드백하기 위한 것으로서, 고정된 저항값을 갖는 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00118
) 대신에 다이오드 및 전류원, 트랜지스터의 크기비를 활용한 검출회로 등과 같은 센싱 소자, 즉, 전류 검출회로를 사용할 수 있다. 이때, 본 실시 예는 전류 검출 회로로 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00119
)을 예시한다. 이러한 센싱 저항(
Figure 112009062435610-pat00120
)은 발광 다이오드(
Figure 112009062435610-pat00121
)에 인가되는 전류(
Figure 112009062435610-pat00122
)를 제어에 필요한 궤환 전압(
Figure 112009062435610-pat00123
)으로 변환한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 발광 다이오드와 직렬 연결된 센싱 소자를 구비하여 스위칭 소자의 상태와 상관없이 발광 다이오드에 흐르는 전류를 직접적으로 검출 및 제어할 수 있는 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 고입력전압 상황에서도 추가적인 센싱 소자를 생략하여 제품 크기와 소자수를 줄일 수 있는 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로를 제공할 수 있다.
이상에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 출력단의 전압/전류 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로에 출력전압을 센싱하여 출력전압을 제어하는 정전압 구동회로에 적용한 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 출력전압을 센싱하여 출력전압을 제어하는 정전압 구동회로에 정전류 구동단 사용하여 발광다이오드를 구동하는 회로도
도 6은 본 발명에 따른 출력전압을 센싱하여 출력전압을 제어하는 정전압 구동회로에 DC/DC 컨버터 혹은 Charge Pump를 사용하여 발광다이오드를 구동하는 회로도
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로도에서 출력전류 센싱 부분을 변경 적용한 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 100: 스텝다운 제어기 12: 파워 서플라이
14, 140: 제어/구동기 120: 레귤레이터
Figure 112009062435610-pat00124
: 부트스트랩 커패시터
Figure 112009062435610-pat00125
: 스위칭 소자
Figure 112009062435610-pat00126
: 센싱 저항
Figure 112009062435610-pat00127
: 발광 다이오드
Figure 112009062435610-pat00128
: 필터 커패시터
Figure 112009062435610-pat00129
: 다이오드
Figure 112009062435610-pat00130
: 인덕터
Figure 112009062435610-pat00131
: 기준 전압
Figure 112009062435610-pat00132
: 궤환 전압
Figure 112009062435610-pat00133
: 입력전압원
Figure 112009062435610-pat00134
: 트랜스포머
Figure 112009062435610-pat00135
: 스타트 저항

Claims (11)

  1. 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로로서,
    입력전원과,
    상기 입력전원의 (+)단자와 콜렉트(드레인)가 접속된 스위칭 소자와,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스)와 일단이 접속된 인덕터와,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스)와 일단이 접속된 캐패시터와,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스)와 접속된 스텝업/다운 제어기와,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스) 및 상기 캐패시터의 일단과 일단이 접속된 센싱 소자와,
    상기 입력전원의 (-)단자 및 인덕터의 타단과 애노드가 접속되며, 상기 캐패시터의 타단과 캐소드가 접속된 다이오드와,
    상기 입력전원의 (+)단자와 상기 스텝업/다운 제어기의 입력단 사이에 접속되며, 상기 다이오드의 캐소드와 일단이 접속된 스타트 저항과,
    상기 센싱 소자의 타단 및 상기 캐패시터 타단 사이에 접속된 한 개 혹은 다수의 직병렬로 이루어진 발광 다이오드를 포함하며,
    상기 센싱 소자의 전압을 상기 스텝업/다운 제어기에 피드백하는 것을 특징으로 하는 승강압형 컨버터방식 발광 다이오드 구동 회로.
  2. 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로로서,
    입력전원과,
    상기 입력전원의 (+)단자와 콜렉트(드레인)가 접속된 스위칭 소자와,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스)와 일단이 접속된 인덕터와,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스)와 일단이 접속된 캐패시터와,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스)와 접속된 스텝업/다운 제어기와,
    상기 입력전원의 (-)단자 및 인덕터의 타단과 애노드가 접속되며, 상기 캐패시터의 타단과 캐소드가 접속된 다이오드와,
    상기 입력전원의 (+)단자와 상기 스텝업/다운 제어기의 입력단 사이에 접속되며, 상기 다이오드의 캐소드와 일단이 접속된 스타트 저항과,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스)와 일단이 접속된 제 1 센싱 소자와,
    상기 제 1 센싱 소자의 타단과 일단이 접속되며, 상기 다이오드의 캐소드와 타단이 접속된 제 2 센싱 소자와,
    상기 제 1 센싱 소자와 상기 제 2 센싱 소자가 접속된 노드의 전압을 상기 스텝업/다운 제어기에 피드백하는 것을 특징으로 하는 승강압형 컨버터방식 발광 다이오드 구동 회로.
  3. 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로로서,
    입력전원과,
    상기 입력전원의 (+)단자와 콜렉트(드레인)가 접속된 스위칭 소자와,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스)와 일단이 접속된 인덕터와,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스)와 일단이 접속된 캐패시터와,
    상기 입력전원의 (-)단자 및 인덕터의 타단과 애노드가 접속되며, 상기 캐패시터의 타단과 캐소드가 접속된 다이오드와,
    상기 입력전원의 (+)단자와 일단이 접속되고, 상기 다이오드의 캐소드와 타단이 접속된 스타트 저항과,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스) 및 상기 캐패시터의 일단과 일단이 접속된 센싱 소자와,
    상기 센싱 소자의 타단과 접속되며, 입력단이 상기 스타트 저항의 타단과 접속된 스텝업/다운 제어기와,
    상기 센싱 소자의 타단 및 상기 캐패시터 타단 사이에 접속된 한 개 혹은 다수의 직병렬로 이루어진 발광 다이오드를 포함하며,
    상기 센싱 소자의 전압을 상기 스텝업/다운 제어기에 피드백하는 것을 특징으로 하는 승강압형 컨버터방식 발광 다이오드 구동 회로.
  4. 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로로서,
    입력전원과,
    상기 입력전원의 (+)단자와 콜렉트(드레인)가 접속된 스위칭 소자와,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스)와 일단이 접속된 인덕터와,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스)와 일단이 접속된 캐패시터와,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스)와 일단이 접속된 스텝업/다운 제어기와,
    상기 캐패시터의 타단 및 상기 다이오드의 캐소드와 타단이 접속된 센싱 소자와,
    상기 입력전원의 (-)단자 및 인덕터의 타단과 애노드가 접속되며, 상기 캐패시터의 타단과 캐소드가 접속된 다이오드와,
    상기 입력전원의 (+)단자와 상기 스텝업/다운 제어기의 입력단 사이에 접속되며, 상기 다이오드의 캐소드와 일단이 접속된 스타트 저항과,
    상기 센싱 소자의 일단 및 상기 캐패시터의 일단 사이에 접속된 한 개 혹은 다수의 직병렬로 이루어진 발광 다이오드를 포함하며,
    상기 센싱 소자의 전압을 상기 스텝업/다운 제어기에 피드백하는 것을 특징으로 하는 승강압형 컨버터방식 발광 다이오드 구동 회로.
  5. 출력단의 전압/전류의 직접적인 검출이 가능한 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로로서,
    입력전원과,
    상기 입력전원의 (+)단자와 콜렉트(드레인)가 접속된 스위칭 소자와,
    상기 스위칭 소자의 에미터(소오스)와 일단이 접속된 센싱저항과,
    상시 센싱저항의 타단과 일단이 접속된 인덕터와,
    상시 센싱저항의 타단과 일단이 접속된 캐패시터와,
    상시 센싱저항의 타단과 접속된 스텝업/다운 제어기와,
    상기 입력전원의 (-)단자 및 인덕터의 타단과 애노드가 접속되며, 상기 캐패시터의 타단과 캐소드가 접속된 다이오드와,
    상기 입력전원의 (+)단자와 상기 스텝업/다운 제어기의 입력단 사이에 접속되며, 상기 다이오드의 캐소드와 일단이 접속된 스타트 저항과,
    상기 스위칭의 에미터(소오스) 및 상기 다이오드 캐소드 사이에 접속된 한 개 혹은 다수의 직병렬로 이루어진 발광 다이오드를 포함하며,
    상기 센싱 소자의 전압을 상기 스텝업/다운 제어기에 피드백하는 것을 특징으로 하는 승강압형 컨버터방식 발광 다이오드 구동 회로.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스텝업/다운 제어기는,
    상기 다이오드의 캐소드 및 상기 센싱 소자의 일단과 낮은 전위가 접속된 플로팅 전압레귤레이터와, 상기 센싱 소자에서 검출된 궤환 전압을 기준 전압을 비교하여 두 값의 차이에 해당하는 듀티를 발생시켜 상기 궤환 전압이 상기 기준 전압과 같도록 제어하는 제어기와, 상기 제어기에서 발생된 소신호 듀티신호를 버퍼링하고 상기 스위칭 소자를 높은 주파수에서 동작시키는 게이트 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 승강압형 컨버터방식 발광 다이오드 구동 회로.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 플로팅 전압레귤레이터는 상기 플로팅 전압레귤레이터의 입력과 상기 제어기의 기준전압 사이에 구비된 캐패시터와,
    상기 스타트 저항과 상기 캐패시터 사이에 구비된 다이오드를 더 포함하여 스타트업 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 승강압형 컨버터방식 발광 다이오드 구동 회로.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 승강압형 컨버터방식의 발광 다이오드 구동 회로는, 출력단의 출력 전압을 이용하여 직접적으로 하나 이상의 발광 다이오드를 구동하거나, 정전류원 또는 상기 출력 전압을 입력전압으로 사용하는 DC/DC 컨버터 및 전하 펌프(Charge Pump)를 포함하는 구동회로를 이용하여 하나 이상의 발광 다이오드 또는 하나 이상의 발광 다이오드 어레이를 구동하는 것을 특징으로 하는 승강압형 컨버터방식 발광 다이오드 구동 회로.
  9. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스텝업/다운 제어기는 펄스 폭 변조 제어, 펄스 주파수 변조 제어, 버스트 제어 및 히스테리시스 제어 중 어느 하나를 포함하는 스위칭 컨버터 토폴로지를 사용하는 것을 특징으로 하는 승강압형 컨버터방식 발광 다이오드 구동 회로.
  10. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터와, 절연 게이트 양극성 트랜지스터와, 접합형 트랜지스터, 접합형 전계효과 트랜지스터를 포함하는 게이트 구동형 파워 디바이스를 사용하는 것을 특징으로 하는 승강압형 컨버터방식 발광 다이오드 구동 회로.
  11. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센싱 소자는 센싱 저항과, 다이오드와, 전류원과, 트랜지스터의 크기비를 이용한 검출회로 중 어느 하나를 포함하는 전류 검출회로를 사용하는 것을 특징으로 하는 승강압형 컨버터방식 발광 다이오드 구동 회로.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030008390A (ko) * 2001-07-18 2003-01-29 전명진 전기침구용 발열선
JP2007143057A (ja) 2005-11-22 2007-06-07 Fujitsu Ltd 携帯端末装置、不在着信プログラム、および画像表示方法
KR100735480B1 (ko) 2005-06-30 2007-07-03 삼성전기주식회사 정전류 제어기능을 갖는 백라이트용 ｌｅｄ 구동회로

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030008390A (ko) * 2001-07-18 2003-01-29 전명진 전기침구용 발열선
KR100735480B1 (ko) 2005-06-30 2007-07-03 삼성전기주식회사 정전류 제어기능을 갖는 백라이트용 ｌｅｄ 구동회로
JP2007143057A (ja) 2005-11-22 2007-06-07 Fujitsu Ltd 携帯端末装置、不在着信プログラム、および画像表示方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10542600B2 (en) 2017-09-05 2020-01-21 Samsung Electronics Co., Ltd. LED driving apparatus and lighting apparatus

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