[논문]LED의 펄스폭 변조를 통한 휘도조절시 과도구간이 존재하지 않는 전류 제어 기법

윤영남; 이상현; 조상호; 홍성수; 김창섭; 이효범; 한상규

doi:10.6113/tkpe.2011.16.1.64

LED의 펄스폭 변조를 통한 휘도조절시 과도구간이 존재하지 않는 전류 제어 기법
Zero-Transient Current Control Method for PWM Dimming of LED 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.16 no.1, 2011년, pp.64 - 70

윤영남 (국민대 전자공학과) , 이상현 (삼성전자 LCD 사업부 개발팀) , 조상호 (국민대 전자공학과) , 홍성수 (국민대 전자정보통신공학부) , 김창섭 (경원대 전기공학과) , 이효범 (삼성전기 CDS 사업부) , 한상규 (국민대 전자정보통신공학부)

초록
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본 논문에서는 LED조명의 휘도조절을 위해 PWM 휘도조절시 발생하는 LED전류의 과도 상태제거를 위한 전류제어 기법을 제안한다. 제안된 LED전류 제어 기법은 과도상태가 존재하지 않으므로 휘도조절 신호의 동작 시비율이 매우 작은 영역에서도 전류 제어를 통해 낮은 휘도를 정밀하게 표현할 수 있다. 또한 전류의 Overshoot이 발생하지 않으므로 휘도를 일정하게 유지할 수 있는 장점을 가진다. 본 논문에서는 제안된 LED전류 제어 기법의 동작원리를 설명하고, PSIM을 이용한 모의실험 및 실제 46인치 LCD TV의 시작품 제작을 통해 제안된 기법의 타당성 및 우수성을 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents a zero-transient current control method for PWM dimming of LED. Since the proposed LED current control method has no transient state, it features a high resolution, high linearity, and no current overshoot through LED along a wide dimming range. The operational principles of the proposed LED current control circuit are presented. To confirm the validity of the proposed method experimental results from a prototype circuit of the 46-inch LCD TV are given.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

최근 CCFL에 비해 수명, 소비전력, 환경, 그리고 색 재현 능력 면에서 장점을 가지는 LED를 광원으로 사용하는 LCD TV가 증가함에 따라 본 논문에서는 영상 구현 능력 향상을 위한 LED정밀 제어기법을 제안하였다. 기존의 제어방식은 제한된 동특성 및 소자에 의한 휘도조절시 최소 듀티비 한계가 존재하여 휘도가 낮은 영역에서의 정밀한 휘도조절이 불가능하고, 과도 구간동안 존재하는 출력 전류의 Overshoot에 의해 휘도조절 신호의 듀티에 따른 휘도의 선형성 보장이 어려운 단점을 지니고 있었다.

제안 방법

포토다이오드를 통해 흐르는 전류가 충분히 클 때 포토커플러의 리시버단은 포화영역에서 동작하게 되므로, 리시버단의 콜렉터 전위는 그라운드가 되어 Q2, Q3스위치는 오프가 된다. 따라서 제안된 방식의 휘도조절을 위해 추가로 삽입된 부분은 휘도조절 신호의 활성화시 회로의 동작에 영향을 미치지 않고, 게이트 신호가 LLC 공진형 컨버터에 전달되어 LED전류를 제어하게 된다. 반대로 휘도조절 신호가 비활성화시 Q1스위치는 오프가 되어, 포토다이오드를 통해 전류가 흐르지 않게 되므로, 리시버단의 콜렉터 전위는 IC_VCC가 된다.
제안된 제어기의 경우 과도상태 발생의 원인이 되는 E/A의 출력전압이 휘도조절 신호에 따라 변하는 것을 방지하는 방안이 적용된다. 구조적으로 Op-amp와 PNP트랜지스터로 구성된 버퍼의 삽입으로 구현이 가능하며, 삽입된 버퍼는 휘도조절 신호의 비활성화시 Isense의 레벨을 Iref와 동일하게 만들어 줌으로써 과도구간 없이 E/A의 출력전압을 일정하게 유지시키는 역할을 한다.

성능/효과

기존의 제어방식은 제한된 동특성 및 소자에 의한 휘도조절시 최소 듀티비 한계가 존재하여 휘도가 낮은 영역에서의 정밀한 휘도조절이 불가능하고, 과도 구간동안 존재하는 출력 전류의 Overshoot에 의해 휘도조절 신호의 듀티에 따른 휘도의 선형성 보장이 어려운 단점을 지니고 있었다. 반면, 본 논문에서 제안하는 제어방식은 과도상태 발생의 원인인 Vero전압을 일정하게 유지함으로써 과도상태 제거가 가능하다. 과도 상태 제거를 통해 휘도가 매우 낮은 영역에서도 출력 전류의 정밀 제어가 가능할 뿐만 아니라 LED전류의 Overshoot가 없으므로 휘도조절 신호의 듀티에 따른 발광소자의 선형성 보장이 가능하다는 장점을 가진다
그림 9(a)는 제안된 제어기법을 적용한 LED 구동회로의 모의실험 결과이다. 앞서 이론적으로 고찰된 바와 같이 휘도조절 신호의 비활성화시 Isense에 전류 명령이 직접 인가되므로 휘도조절 신호의 활성화 여부에 상관없이 E/A의 출력 전압인 Vero가 일정하게 제어됨에 따라 제어기의 동특성과 관계없이 LED전류가 0.2A로 Overshoot없이 일정하게 제어되고 있음을 확인할 수 있다. 반면, 그림 9(b)는 기존 제어기법을 적용한 실험 결과이다.
그림 10은 휘도조절 신호의 듀티에 따른 1차측 전류 및 출력 LED전류 파형으로 휘도조절 신호의 주파수는 240Hz, 신호의 듀티가 50%, 20%, 3%일 때 실험 결과이다. 제안 전류제어 기법의 경우 앞서 검증한 바와 같이 휘도조절 신호의 활성화시 LED전류는 과도상태 없이 제어 레벨인 100mA에 도달하는 것을 확인할 수 있다.

후속연구

결론적으로 제안된 LED전류 제어 기법은 고성능, 고 신뢰성의 조명용 구동회로 구현 및 LED휘도의 정밀제어가 요구되는 분야에 활용 가능할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 논문에서는 LED조명의 휘도조절을 위해 PWM 휘도조절시 발생하는 LED전류의 과도 상태제거를 위한 전류제어 기법을 제안한다. 제안된 LED 전류 제어 기법의 장점은?	본 논문에서는 LED조명의 휘도조절을 위해 PWM 휘도조절시 발생하는 LED전류의 과도 상태제거를 위한 전류제어 기법을 제안한다. 제안된 LED전류 제어 기법은 과도상태가 존재하지 않으므로 휘도조절 신호의 동작 시비율이 매우 작은 영역에서도 전류 제어를 통해 낮은 휘도를 정밀하게 표현할 수 있다. 또한 전류의 Overshoot이 발생하지 않으므로 휘도를 일정하게 유지할 수 있는 장점을 가진다. 본 논문에서는 제안된 LED전류 제어 기법의 동작원리를 설명하고, PSIM을 이용한 모의실험 및 실제 46인치 LCD TV의 시작품 제작을 통해 제안된 기법의 타당성 및 우수성을 검증한다.
	LED의 장점은?	[1]-[2] 이러한 대화면 LCD의 발전과 함께 핵심 부품인 백라이트유닛(Back Light Unit:BLU) 또한 많은 관심을 받고 있다. 기존 LCD TV의 경우 백라이트 유닛으로 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)이 주로 사용되었지만 최근에는 각종 환경규제와 소비전력문제 등으로 인해 전력소모 및 수명, 친환경성, 고화질 등에서 큰 장점을 가지는 LED(Light Emitting Diode)의 사용이 증가되고 있다.[3]-[4]
	광원을 통해 흐르는 전류의 크기를 조절하는 아날로그 방식의 단점은?	[5]-[6] 광원의 휘도 조절 방식에는 그림 1과 같이 광원을 통해 흐르는 전류의 크기를 조절하는 아날로그 방식과, 평균전류를 조절하는 디지털 방식이 있다. 광원을 통해 흐르는 전류의 크기를 조절하는 아날로그 방식의 경우 광원의 소자적 특성에 의해 빛을 낼 수 있는 최소 전류가 존재하므로, 휘도 조절이 비교적 제한적이라는 단점이 존재한다. 따라서 LCD TV의 백라이트와 같이 정밀한 휘도조절이 요구되는 경우에는 광원에 흐르는 평균전류를 조절하는 디지털 방식이 주로 적용된다.

참고문헌 (6)

조상호, 한상규, 홍성수, 사공석진, 권기현, 이효범, 노정욱, "LCD Backlight를 위한 CCFL 구동용 인버터 트랜스포머의 설계와 응용", 전력전자학회 논문지, 제13권 제2호, pp. 96-102, 2008.

원문보기 상세보기
Chen C.C., Wu C.-Y., Wu T.-F., "LED back-light driving system for LCD panels", Power Electronics Conference and Exposition, APEC '06. Twenty-First Annual IEEE, 2006.
Xiaoru Xu, Xiaobo Wu, "High Dimming Ratio LED Driver with Fast Transient Boost Converter", Power Electronics Specialists Conference, IEEE, pp. 4192-4195, 2008.
Heffernan B., Frater L., Watson N., "LED replacement for fluorescent tube lighting", Power Engineering Conference, AUPEC 2007. Australasian Universities, pp. 1-6, 2007.
Tam P.W., Lee S.T.S., Hui S.Y.R., Chung H.S.-H., "Practical Evaluation of Dimming Control Methods for Electronic Ballasts", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 21, No. 6, 2006, November.
Lee S.W., Ko D.Y., Huh D.Y., Yoo Y.I., "Simplified control technique for LCD backlight inverter system using the mixed dimming method", Power Electronics Conference and Exposition, Sixteenth Annual IEEE, Vol. 1, pp. 447-453, 2001.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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