KR100824178B1 - 사일런트 전류 검출 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사일런트 전류 검출을 위한 장치와 방법을 제시하고 있다. 적용 부품을 구동하기 위한 구동 제어 회로의 제어 출력 전압을 측정하는 것에 의해 구동 제어 회로의 누설전류가 검출될 수 있다. 적용부품이 에너지 밴드갭을 갖고 있으면, 부품의 단락 또는 개방 상태가 더욱 잘 감지될 수 있다. 적용 부품의 작동에 관계없이 검출방법은 실행된다.

전류 검출 장치, 구동 제어 회로

Description

사일런트 전류 검출 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SILENT CURRENT DETETCTION}

도1은 본 발명의 실시예를 나타내는 도면,

도2는 P형 기판과 드레인의 등가회로를 나타내는 도면,

도3은 발광 다이오드의 전기적인 매개변수와 밴드갭 전압의 관계를 나타내는 도면,

도4는 단락과 개방상태 검출을 위한 전압 조정치의 관계를 나타내는 도면,

도5는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 도면,

본 발명은 구동 제어 회로에 의해 구동되는 사용 부품에 적용되고 특히 에너지 밴드갭을 가진 부품에 적용되는 사일런트(Silent) 전류 검출방법 및 장치에 관한 것이다.

발광 다이오드 같은 반도체 소자는 조명과 지시기에 넓게 응용된다. 일반적으로 소자들의 정상 또는 비정상을 판단하는 유일한 방법은 소자들을 작동시키는 것이다. 이 방법은 일반적인 부품을 위해서는 적용 가능 하지만 임의로 작동될 수 없는 교통신호등 또는 자동차 조명등에는 위험스럽다. 나아가, 몇몇 부품을 실시간으로 검출하는 것은 중요함에도 불구하고 아직까지 가능하지 않다.

상기 문제점을 극복하기 위해 본 발명은 사일런트 전류 검출 즉, 제로 전류 검출을 위한 장치와 방법을 제시한다.

적용 부품의 작동여부에 관계없이 적용 소자 및 그 구동 제어 회로의 상태를 판단하기 위하여 본 발명은 사일런트 전류 검출(즉, 제로 전류 검출)을 위한 장치와 방법을 제공하고 있다.

정상시 적용 부품은 전압원과 구동 제어 회로의 제어 출력에 각각 연결되는 2개의 접촉부를 가지고 있다. 전압원은 적용 부품에 적절한 전압을 공급할 수 있고, 구동 제어 회로는 적용 부품을 구동시킬 수 있다. 사일런트 전류 검출은 적용 부품의 작동여부에 관계없이 구동 제어 회로의 제어 출력 전압을 측정하는 것에 의해 실행될 수 있다.

도1은 사일런트 전류 검출 장치의 실시예를 나타내는 도면으로서, 양극 접점과 음극 접점을 가진 발광 다이오드 유니트(10)와 NMOS 트랜지스터를 포함하는 구동 제어 회로(20)를 포함한다. 발광 다이오드 유니트(10)는 하나의 발광 다이오드 또는 직렬의 발광 다이오드를 포함해도 좋다. NMOS 트랜지스터(20)는 P형 기판(P-sub), 구동 제어 회로의 제어 출력부인 드레인(D), 제어 신호를 받는 게이트(G), 접지인 소스(S)를 가지고 있다. 정상시 전압원은 안정된 전압(V_LED)을 제공하기 위하여 발광 다이오드 유니트(10)의 음극 접점에 연결 된다. NMOS 트랜지스터(20)의 드레인은 발광 다이오드를 구동시키고 그것의 밝기를 제어하기 위하여 발광다이오드 유니트(10)의 양극 전극에 연결 된다. 드레인과 P형 기판은 역 방향 다이오드로 작동하고 도2는 그것에 대한 등가회로를 나타내고 있다. 실시예에서 마련된 비교기(30)는 기준전압(V_CC)이 공급되는 양극 단자와 구동 제어 회로의 제어 출력이 연결되는 음극 단자를 가지고 있다. 비교기(30)는 양극과 음극의 전압을 비교하여 신호(V_OUT)를 출력한다.

하나의 발광 다이오드에 대하여 전압(V_LED), 순방향 전류(I_ON), 순방향 저항(R_ON)의 관계는 다음과 같다.

R_ON=△V_LED÷△I_ON

여기서 R_ON은 약 10 ohm인 것이 바람직하다.

본 발명에서 에너지 밴드갭을 가진 반도체 소자에 있는 밴드갭 전압이 이용된다. 도3은 밴드 갭(V_f)와 이들 매개변수 관계를 나타낸다.

따라서 회로에서 발광다이오드 유니트(10)의 전기적 연결이 정상이라면, 도1의 구동제어 회로의 제어 출력(또는 비교기의 음극)은 아래와 같은 전압(V_d)을 가지고 있다.

V_d=V_LED-(n×V_f+(R_ON×I_ON))

여기서 V_LED 는 일반적인 산업 사양에 따라 5V로 정의하고, n은 발광다이오드 유니트의 발광다이오드 개수이며, V_f는 하나의 발광 다이오드의 밴드 갭 전압이다. V_f 가 일정하기 때문에 발광다이오드가 켜지지 않거나 구동하지 않을 때는 V_d는 일정하게 될 것이다. 즉 I_ON=0 이고,

V_d

V_LED-(n×V_f )이다.

그러나,회로에서 발광다이오드 유니트(10)의 전기적인 연결이 개방되면, 구동 제어 회로는 전압수준이 정상으로 될 수가 없다. 결과적으로 제어 출력의 전압은 낮은 전류가 드레인에서 P형 기판으로 역방향으로 흐르기 때문에 거의 0의 저 전류로 감소할 것이다. 그러므로, 제어 출력 전압이 V_LED-(n×V_f )보다 낮을 때 개방 상태가 검출된다.

한편 발광다이오드 유니트(10)가 단락되면, 구동 제어 회로의 제어 출력 전압은 증가되어 (V_LED-V_f) 보다 높게 될 것이다.

따라서, 이 실시예에서:

a. 3개가 직렬로 연결된 적색 발광다이오드(V_f=1.4v)의 경우, 기준전압은 단락 회로 검출시 3.6v(=5-1.4)가 될 것이고, 개방 회로 검출시 0.8V(=5-3×1.4)가 될 것이다.

b. 2개가 직렬로 연결된 청색 발광다이오드(V_f=2.3v)의 경우, 기준전압은 단락 회로 검출시 2.7v(=5-2.3)가 될 것이고 개방 회로 검출시 0.4V(=5-2×2.3)가 될 것이다.

c. 2개가 직렬로 연결된 녹색 발광다이오드(V_f=1.7v)의 경우, 기준전압은 단락 회로 검출시 3.3v(=5-1.7)가 될 것이고 개방 회로 검출시 1.6V(=5-2×1.7)가 될 것이다.

d. 상기 a,b,c의 직렬 발광다이오드를 포함라는 채널의 경우, 기준 전압은 개방 회로 검출을 위해 상기 기준 전압의 최소치보다 조금 더 작은 즉, 약 0.3V정도 이고, 단락 검출 회로를 위해 상기 기준전압의 최대치보다 조금 더 큰, 즉 3.7V 정도이다.

도4는 상기 기준전압을 비교해서 표시하고, 범위는 음영선으로 표시된다.

회로에서 V_LED와 V_f의 관계에 따라서, 구동 제어 회로의 제어 출력전압이 결정된다. 제어 출력전압을 측정하고 비교하는 것에 의해, 발광다이오드 동작여부에 관계없이 발광다이오드의 정상, 단락, 개방 상태가 실시간으로 검출된다.

도5는 발광다이오드에 적용되는 조용한 전류 감지 장치의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도1과 달리, 비교기(30)의 음극에는 구동 제어 회로의 제어출력과 함께 저항(40)을 통해 기준전압(V_CC)이 공급된다. 이 실시예에서 기준전압은 NMOS 트랜지스터(20)의 전력원에 의해 공급된다. 비교기(30)의 음극과 양극의 전압을 비교하는 것에 의해, 구동 제어 회로의 누설전류가 감지 될 수 있다. 다음 식에서, R은 저항(40)의 저항 값이고 I는 저항(40)을 통해 흐르는 전류이다. (V_CC-R×I)가 (V_LED-n ×V_f)보다 크다고 하면, 비교기(30)의 음극 단자는 다음과 같은 전압(V_{IN -})을 갖고,

V_zn-=V_CC-(R×I)

비교기(30)의 양극 단자는 아래와 같은 전압(V_{IN +})을 갖는다.

V_{IN +}=V_CC

따라서, 이 실시예에서:

(1) NMOS트랜지스터가 정상이라면, 드레인과 P형 기판의 누설전류는 무시될 수 있고(〈1㎂), 그 때 V_IN

V_CC,(V_{IN +}-V_{IN -})=0이고, 비교기는 0으로 V_OUT을 출력할 것이다.또는

(2) 드레인과 P형 기판의 누설전류가 명확하다면(〉약 10㎂),

그 때 V_{IN -}=V_CC-(R1×I),(V_{IN +}-V_{IN -})=0이고, 비교기는 하이(HIGH)로 V_OUT을 출력할 것이다.

유사하게, 제어 출력 전압을 측정하고 비교기의 기준전압과 비교하는 것에 의해, 발광다이오드의 작동 여부에 관계없이 구동회로의 정상 또는 누설전류 상태가 실시간으로 검출될 수 있다.

구동 제어 회로의 제어 출력 전압은 어떤 다른 측정 소자에 의해서도 측정될 수 있고, 비교기로 한정되지 않는다는 것을 주목해야 한다.

본 발명은 작동하지 않는 적용부품에 적합하고 작동하고 있는 적용 부품에도 완벽하게 적합하다. 필요하다면, 전류(발광다이오드를 위해 보통 200㎂ 미만)는 동작과 시각적인 느낌에 영향을 주지 않고 적용부품에 공급될 수도 있다.

더욱이, 발광다이오드가 상기 바람직한 실시예에서 예시되는 반면에, 본 발명의 누설전류 검출은 구동 제어 회로에 의해 동작되는 모든 부품에 적용될 수 있고, 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 단락과 개방 회로 검출 방법은 모든 반도체 소자에 적용될 수 있다.

Claims (10)

1. 제1의 접촉부와 제2의 접촉부를 가진 적용부품,

   정상 조건으로 전압을 공급하기 위해 상기 적용 부품의 제1의 접촉부에 연결된 전압원,

   정상 조건으로 상기 적용부품을 구동시키기 위해 상기 적용부품의 제2의 접촉부에 연결되는 제어 출력단을 가진 구동 제어 회로와

   상기 구동 제어 회로의 제어 출력단에 연결되는 전압 측정 소자를 포함하고,

   상기 적용부품 또는 구동 제어 회로의 상태는 상기 적용부품의 작동여부에 관계없이, 상기 제어 출력단의 전압을 측정하는 것에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 사일런트 전류 검출 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 적용부품은 에너지 밴드갭을 갖는 것을 특징으로 하는 사일런트 전류 검출 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 적용 부품은 제1의 접촉부로 정의된 음극 접촉부와 제2의 접촉부로 정의된 양극 접촉부를 갖는 하나 이상의 직렬 발광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 사일런트 전류 검출 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 전압 측정 소자는

   기준전압을 가진 양극 단자와 상기 구동 제어 회로의 상기 제어 출력단에 연결되는 음극 단자를 가진 비교기를 포함하고,

   상기 적용 부품의 개방 또는 단락 상태는 상기 비교기의 양극 단자와 음극 단자의 전압을 비교하는 것에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 사일런트 전류 검출 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 전압 측정 소자는

   기준전압을 가진 양극 단자와 상기 구동 제어 회로의 상기 제어 출력단에 연결되는 음극 단자를 가진 비교기와

   상기 기준전압이 공급되는 한쪽 단과 상기 비교기 음극 단자에 연결되는 다른 쪽 단을 가진 저항을 포함하고,

   상기 구동 제어 회로의 누설전류는 상기 비교기의 양극 단자와 음극 단자의 전압을 비교하는 것에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 사일런트 전류 검출 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 기준 전압은 상기 구동 제어 회로의 전압원에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 사일런트 전류 검출 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 구동 제어 회로는 상기 제어 출력단으로 정의된 드레인을 갖는 NMOS 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 사일런트 전류 검출 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 적용 부품은 0.1~200㎂ 범위의 전류로 구동되는 것을 특징으로 하는 사일런트 전류 검출 장치.
9. 적용 부품과 제어 출력단을 가진 구동 제어 회로의 상태를 검출하는 사일런트 전류 검출 방법에 있어서,

   정상 조건으로 상기 적용 부품의 접촉부에 연결되는 것에 의해 상기 적용 부품을 구동시키는 제어 출력단의 전압을 측정하는 단계를 포함하고,

   상기 적용 부품의 작동 여부에 관계 없이 상기 적용 부품과 상기 구동 제어 회로의 단락, 개방 또는 누전 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 사일런트 전류 검출 방법.
10. 발광다이오드와 제어 출력단을 가진 제어 구동 회로의 상태를 검출하는 사일 런트 전류 검출 방법에 있어서,

    정상 조건으로 상기 발광 다이오드의 접촉부에 연결되는 것에 의해 상기 발광 다이오드를 구동시키는 제어 출력단의 전압을 측정하는 단계를 포함하고,

    상기 발광 다이오드의 작동 여부에 관계없이 상기 발광 다이오드와 구동 제어 회로의 단락, 개방 또는 누전 상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 사일런트 전류 검출 방법.

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