발광 다이오드 구동회로{Circuit for driving light emmiting diode}

실시 예는 발광 다이오드 구동회로에 관한 것이다.

이동통신단말기, PDA(Personal Digital Assistant) 등과 같은 휴대단말기의 조명 수단으로 수명이 길고 전력 소모가 적고 효율이 좋은 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)가 많이 사용되고 있다.

상기 발광 다이오드는 순방향 전압을 인가했을 때 발광하는 반도체 소자이다. 상기 발광 다이오드의 광출력은 순방향 전류에 의해 결정되고, 발광 다이오드의 전류-전압 특성곡선에서 알 수 있듯이 작은 순방향 전압의 변화에 의해 매우 큰 순방향 전류의 변화를 나타낸다. 이러한 이유로 발광 다이오드 구동회로는 출력전압의 제어가 아닌 원하는 부하 전류를 항상 일정하게 유지시켜주는 것을 요구한다.

상기 발광 다이오드에 균일한 휘도를 발생시키기 위해 정전류원 회로를 포함하는 발광 다이오드 구동회로가 사용된다. 종래의 발광 다이오드 구동회로의 정전류원 회로는 부하전류를 제어하기 위해 발광 다이오드에 직렬로 연결된 저항에 걸리는 전압을 피드백하는 방식을 사용한다.

상기 종래의 발광 다이오드 구동회로는 직렬로 연결된 저항을 사용하여 구동시 발광 다이오드 이외에 저항에 의해 소비되는 전력을 더 필요로 한다. 특히 고휘도 발광 다이오드를 사용하는 경우, 순방향 전류가 커지게 되고, 저항에 의한 전력 손실도 커지게 되는 문제가 있다.

실시 예는 소비전력을 저감한 발광 다이오드 구동회로를 제공한다.

실시 예에 따른 발광 다이오드 구동회로는, 전원 전압원과 제1 노드 사이에 전기적으로 연결되는 발광 다이오드; 상기 발광 다이오드와 병렬로 연결되는 저항; 및 상기 제1 노드에 일정전압을 유지하기 위한 커패시터를 포함하고, 상기 발광 다이오드 및 상기 저항은 상기 제1 노드와 선택적으로 연결된다.

실시 예는 발광 다이오드와 저항을 병렬로 연결하고 선택적으로 스위칭하여 발광 다이오드의 발광구간에서 저항에 의한 소비전력을 줄일 수 있는 발광 다이오드 구동회로를 제공한다.

실시 예는 연산증폭기, 커패시터 및 트랜지스터를 통해 발광 다이오드에 일정한 전류를 공급하여 일정한 휘도를 낼 수 있는 발광 다이오드를 제공한다.

도 1은 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동회로를 나타낸 회로도이다.
도 2는 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동회로의 스위칭에 따른 회로도이다.

도 1은 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동회로를 나타낸 회로도이다.

도 1을 참조하면 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동회로는 발광 다이오드(LED), 저항(R), 커패시터(C), 연산 증폭기(10), 트랜지스터(T), 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)를 포함한다.

상기 발광 다이오드(LED)는 상기 저항(R)과 병렬로 연결될 수 있다.

상기 발광 다이오드(LED)는 전원전압(Vdd)을 인가하는 전원 전압원 및 제2 스위치(SW2)와 전기적으로 연결될 수 있다. 다시 말해 상기 발광 다이오드(LED)는 상기 제2 스위치(SW2)와 직렬로 연결될 수 있다. 상기 발광 다이오드(LED)의 애노드(anode)는 전원 전압원과 전기적으로 연결되고 상기 발광 다이오드(LED)의 캐소드(cathode)는 상기 제2 스위치(SW2)의 일 측단과 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 저항(R)은 전원 전압(Vdd)을 인가하는 전원 전압원 및 제1 스위치(SW1)와 전기적으로 연결될 수 있다. 다시 말해, 상기 저항(R)은 상기 제1 스위치(SW1)와 직렬로 연결될 수 있다.

상기 제1 스위치(SW1)는 상기 저항(R) 및 제1 노드(N1)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제2 스위치(SW2)는 상기 발광 다이오드(LED)의 캐소드 및 제1 노드(N1)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 트랜지스터(T)는 제1 노드(N1), 제2 노드(N2) 및 접지 사이에 연결될 수 있다. 상기 트랜지스터(T)의 게이트 전극은 상기 제2 노드(N2)와 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 트랜지스터(T)의 소스 전극은 상기 제1 노드(N1)와 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 트랜지스터(T)의 드레인 전극은 접지와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 트랜지스터(T)는 PMOS 트랜지스터 일 수 있다.

상기 커패시터(C)는 상기 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 연산증폭기(10)는 양단자(+), 음단자(-) 및 출력단을 포함할 수 있다. 상기 연산증폭기(10)의 음단자(-)는 상기 제1 노드(N1)와 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 연산증폭기(10)의 양단자(+)는 기준전압(Vref)을 인가하는 기준전압원과 전기적으로 연결되고, 상기 연산증폭기(10)의 출력단은 상기 제3 스위치와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제3 스위치(SW3)는 상기 연산증폭기(10)의 출력단 및 상기 제2 노드(N2)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)는 동기화되어 동작할 수 있고, 상기 제2 스위치(SW2)는 상기 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)와 반대로 동작할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 스위치(SW1 내지 SW3)는 외부로부터의 제어신호에 의해 동작할 수 있다. 상기 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)는 동일한 제어신호에 의해 동작할 수 있고, 상기 제2 스위치(SW2)는 반대의 제어신호에 의해 동작할 수 있다.

상기 제1 내지 제3 스위치(SW1 내지 SW3)는 트랜지스터로 구성될 수 있다.

도 2는 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동회로의 스위칭에 따른 회로도이다.

도 2a는 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동회로의 충전구간을 나타낸 회로도이고, 도 2b는 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동회로의 발광구간을 나타낸 회로도이다.

도 2a를 참조하면 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동회로의 충전구간에서는 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)가 턴온되고 제2 스위치(SW2)가 턴 오프된다.

예를 들어 상기 제1 내지 제3 스위치(SW1 내지 SW3)가 NMOS 트랜지스터인 경우 상기 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)에 하이 레벨의 제어신호가 인가되고 상기 하이 레벨의 제어신호에 의해 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)가 턴온되고, 상기 제2 스위치(SW2)에는 로우 레벨의 제어신호가 인가되어 상기 제2 스위치(SW2)가 턴 오프될 수 있다.

상기 제1 스위치(SW1)가 턴 온되어 상기 저항(R)이 제1 노드(N1)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제2 스위치(SW2)가 턴 오프되어 상기 발광 다이오드(LED)는 상기 제1 노드(N1)와 전기적으로 연결되지 않는다.

상기 제1 스위치(SW1)가 턴온되고, 상기 제2 스위치(SW2)가 턴 오프됨에 따라 전원전압(Vdd)이 상기 저항(R)으로 인가되고 상기 전원전압(Vdd)과 상기 제1 노드(N1)의 전압 차에 의해 전류가 흐르게 된다.

상기 제3 스위치(SW3)가 턴 온됨에 따라 연산증폭기(10)의 출력단이 제2 노드(N2)와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 노드(N1)와 기준 전압(Vref)의 전압 차에 의해 트랜지스터(T)의 작동 여부가 결정될 수 있다. 다시 말해 상기 제1 노드(N1)의 전압과 기준 전압(Vref)의 차이가 큰 경우 연산증폭기(10)의 출력단에 하이 전압이 인가되어 상기 트랜지스터(T)가 턴 오프되고, 상기 제1 노드(N1)의 전압과 기준 전압(Vref)의 차이가 작은 경우 상기 연산증폭기(10)의 출력단에 로우 레벨의 전압이 인가되서 상기 트랜지스터(T)가 턴온될 수 있다. 상기 연산증폭기(10) 및 트랜지스터(T)에 의해 상기 제1 노드(N1)에 인가되는 전압이 일정하게 유지되고, 따라서 상기 커패시터(C)에 충전되는 전압도 일정한 크기를 유지할 수 있다.

상기 커패시터(C)에는 상기 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)의 전압 차에 의한 전하가 충전될 수 있다. 상기 연산증폭기(10) 및 상기 트랜지스터(T)로 인해 상기 커패시터(C)에 충전되는 전하량이 일정하게 유지되어 이후의 발광 다이오드(LED)에 일정 전류가 흐르게 하여 일정한 휘도로 발광이 가능하다.

도 2b를 참조하면 실시 예에 따른 발광 다이오드 구동회로의 발광구간에서는 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)가 턴 오프되고, 제2 스위치(SW2)는 턴 온된다.

예를 들어, 상기 제1 내지 제3 스위치(SW1 내지 SW3)가 NMOS 트랜지스터인 경우 상기 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)에 로우 레벨의 제어신호가 인가되고, 상기 로우 레벨의 제어신호에 의해 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)가 턴 오프되고, 상기 제2 스위치(SW2)에 하이 레벨의 제어신호가 인가되어 상기 제2 스위치(SW2)가 턴 온될 수 있다.

상기 제1 스위치(SW1)가 턴 오프 되어 상기 저항(R)이 제1 노드(N1)와 전기적으로 연결되지 않는다.

상기 제2 스위치(SW2)가 턴 온되어 상기 발광 다이오드(LED)는 상기 제1 노드(N1)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제1 스위치(SW1)가 턴 오프되고, 상기 제2 스위치(SW2)가 턴 온됨에 따라 전원전압(Vdd)이 상기 발광 다이오드(LED)의 애노드에 인가되고, 상기 발광 다이오드(LED)의 캐소드와 상기 제1 노드(N1)가 전기적으로 연결된다.

상기 제3 스위치(SW3)가 턴 오프되어 상기 연산증폭기(10)의 출력단과 상기 제2 노드(N2) 사이의 연결이 끊어지고 상기 트랜지스터(T)의 게이트 전극이 하이 임피던스 상태가 될 수 있다.

상기 커패시터(C)에는 충전구간에서 일정한 크기의 전하량이 충전되어 있으므로 상기 제1 노드(N1)는 일정한 전압을 유지한다. 상기 전원전압(Vdd)과 상기 제1 노드(N1)의 전압 차에 의해 상기 발광 다이오드(LED)에 일정한 전류가 흐르게 되어 상기 발광 다이오드(LED)가 발광하게 된다. 상기 일정한 전류에 의해 상기 발광 다이오드(LED)는 일정한 휘도로 발광할 수 있다.

상기 발광 다이오드(LED)의 발광시 상기 저항(R)은 제1 노드(N1)와 연결되지 않고, 상기 저항(R)에는 전류가 흐르지 않아 전력소비가 없다. 따라서 실시 예에 따른 발광 다이오드의 구동회로에 의하면 발광 단계에서 전력소비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

10: 연산 증폭기 LED: 발광 다이오드
R: 저항 C: 커패시터
T: 트랜지스터 SW1: 제1 스위치
SW2: 제2 스위치 SW3: 제3 스위치
N1: 제1 노드 N2: 제2 노드