KR101018164B1 - 전하 펌프 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 전하 펌프는, 입력 전원의 전류를 축적하는 인덕터; 상기 인덕터가 전류를 축적하고, 축적된 전류를 방출하도록 스위칭하는 스위칭부; 상기 인덕터에서 방출된 전류의 전하를 축적하는 제1 축적 커패시터; 상기 제1 축적 커패시터로부터 전달받은 전하를 축적하여, 출력 전원으로서 출력하는 제2 축적 커패시터; 및 상기 제1 축적 커패시터와 제2 축적 커패시터 사이의 전하 전달 경로상에 위치한 평활 인덕터를 포함한다.
전하 펌프, 인덕터, 컨버터, LED 드라이버,
Description
본 발명은 인덕터를 이용한 전하 펌프에 관한 것이다. 본 발명의 인덕터는 다양한 분야의 DC-DC 컨버터에 이용될 수 있으며, 특히, LED 구동 회로에 포함될 수 있다.
다수개의 LED(Light Emitting Diode) 스트링들로 이루어진 LED 광원 장치는 조명 응용기기나 LDC 패널의 백라이트 등을 위한 폭넓은 용도로 빠르게 보급되고 있다.
전체적으로 고 광도를 가지는 LED는 모니터 및 텔레비전(이하에서 집합적으로 모니터라 함)에 기반한 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트를 포함한 많은 응용기기에서 사용될 수 있다. 대형 LCD 모니터에서, LED는 일반적으로 직렬로 연결된 LED로 이루어진 하나 이상의 스트링에 공급되어 공통 전류를 공유한다.
LCD 모니터에 대한 백라이트를 공급하기 위해, 두 가지 기본 기술 중 하나가 일반적으로 사용된다. 제 1 기술은 백색 LED로 구성된 하나 이상의 스트링을 사용 하고, 백색 LED는 일반적으로 형광체(물질)를 가지는 청색 LED를 포함한다. 이 형광체는 LED에 의해 발생된 청색 광을 흡수하며, 백색 광을 방출한다. 제 2 기술에서는, 유색 LED로 구성된 하나 이상의 개별적인 스트링이 인접하게 배치되어, 서로 조합된 광이 백색 광처럼 보이도록 한다.
상기 LED를 발광시키기 위해서는 비교적 많은 양의 전류를 필요로 하는 반면, 일반적으로 백라이트용 LED는 휘도 조정 등을 위해 간헐적으로 발광을 수행한다. 따라서, 상기 LED 발광을 위한 비교적 많은 양의 전류를 확보하기 위하여, 용량이 큰 전원 회로를 사용하기보다는, 전하 펌프와 같이 발광이 수행되지 않는 시간에 전하를 축적하는 구조를 이용하는 것이 효율적이다.
본 발명은 신뢰성이 높은 전하 펌프를 제공하고자 한다.
또는, 본 발명은 LED 구동 회로에 사용하기에 적합하면서도 저렴한 전하 펌프를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전하 펌프는, 입력 전원의 전류를 축적하는 인덕터; 상기 인덕터가 전류를 축적하고, 축적된 전류를 방출하도록 스위칭하는 스위칭부; 상기 인덕터에서 방출된 전류의 전하를 축적하는 제1 축적 커패시터; 상기 제1 축적 커패시터로부터 전달받은 전하를 축적하여, 출력 전원으로서 출력하는 제2 축적 커패시터; 및 상기 제1 축적 커패시터와 제2 축적 커패시터 사이의 전하 전달 경로상에 위치한 평활 인덕터를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 펌프는, 입력 전원의 전류를 축적하는 인덕터; 상기 인덕터가 전류를 축적하고, 축적된 전류를 방출하도록 스위칭하는 스위칭부; 상기 인덕터에서 방출된 전류의 전하를 축적하는 제1 축적 커패시터; 상기 인덕터에서 상기 제1 축적 커패시터로 일방향 전류 경로를 형성하는 제1 다이오드; 상기 제1 축적 커패시터에 축적된 전하의 방출 경로로서 일방향 전류 경로를 형성하는 제2 다이오드; 상기 제2 다이오드의 캐소드와 상기 인덕터 사이에 연 결된 평활 커패시터; 및 상기 제1 축적 커패시터에 축적된 전하의 방출 경로를 형성하는 평활 인덕터를 포함한다.
상기 구성에 따른 본 발명의 전하 펌프를 실시하면, 비교적 대용량의 전하 펌핑의 신뢰성을 높이는 이점이 있다.
또는, 본 발명의 전하 펌프는 제작 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 전하 축적 수단으로서 인덕터를 이용한 전하 펌프를 도시한다.
도시한 전하 펌프는, 입력 전원의 전류를 축적하는 인덕터(10); 상기 인덕터(10)가 전류를 축적하고, 축적된 전류를 방출하도록 스위칭하는 스위칭부(20); 상기 인덕터(10)에서 방출된 전류의 전하를 축적하는 제1 축적 커패시터(30); 상기 제1 축적 커패시터(30)로부터 전달받은 전하를 축적하여, 출력 전원으로서 출력하는 제2 축적 커패시터(40); 상기 인덕터(10)에서 상기 제1 축적 커패시터(30)로 일방향 전류 경로를 형성하는 제1 다이오드(52); 상기 제1 축적 커패시터(30)에서 상기 제2 축적 커패시터(40)로 일방향 전류 경로를 형성하는 제2 다이오드(54) 및 제3 다이오드(56); 및 상기 제2 다이오드(54) 및 제3 다이오드(56)의 연결 노드와, 상기 인덕터(10) 사이에 연결된 평활 커패시터(60)를 포함한다.
상기 인덕터(10)는 입력단(I)에 전압이 인가된 시점부터 소정의 지연 시간( 즉, 과도기) 동안 전류를 지수함수적으로 증가시키고 나서, 정전류 상태를 유지시키는 특성이 있다. 또한, 정전류 상태의 상기 인덕터(10)에 부하를 연결시키면, 상기 인덕터(10)는 정전류 형태로 저장된 전기 에너지를 상기 부하로 전달한다.
이를 위해, 상기 소정의 지연 시간 동안 상기 스위칭부(20)가 턴온시키고, 상기 인덕터(10)가 정전류 상태가 되면 상기 스위칭부(20)를 턴오프시키고, 상기 인덕터(10)에 저장된 정전류가 어느 정도 소진되면, 다시 상기 스위칭부(20)를 턴온시킨다.
상기 인덕터(10)가 정전류 상태일 때 스위칭부(20)를 턴오프하면, 정전류를 유지하려는 인덕터(10)의 특성상, 소정 시간 동안 정전류를 상기 제1 축적 커패시터(30)로 흘러보내게 되고, 그 결과 상기 축적 커패시터(30)에는 전하가 축적된다.
상기 평활 커패시터(60)는 상기 스위칭부(20)의 스위칭 과정에서 발생하는 교류 성분을 바이패스시키는 기능, 및/또는 상기 소정의 지연 시간(즉, 과도기) 동안 상기 제1 축적 커패시터(30)에서 제2 축적 커패시터(40)로의 전류 흐름을 억제하는 기능을 수행한다.
전하가 축적된 상기 제1 축적 커패시터의 전압이 2개의 다이오드(54, 56)의 문턱전압을 넘을 정도로 높아지면, 상기 제1 축적 커패시터(30)에서 제2 축적 커패시터(40)로 전류가 흐르게 되며, 상기 전류에 의해 제2 축적 커패시터(40)에 전하가 축적된다.
상기 제2 축적 커패시터(40)에 축적된 전하는, 전원 출력단(O)에서 방출되는 전류의 형태로, 상기 전원 출력단(O)에 연결된 부하에 전달된다.
상기 스위칭부(20)가 턴온된 직후의 과도기 동안, 제1 축적 커패시터(30)에 축적되었던 전하가, 도면의 i 경로를 따라 흐르는 전류를 발생시킬 수 있다. 상기 발생된 전류는 잡음 성분의 고주파 전류이며, 상기 제2 다이오드(54) 및 스위칭부(20)는 상기 잡음 성분의 고주파 전류에 대항할 수 있는 소자로 구현할 수 있다.
도 2는 상기 잡음 성분의 고주파 전류를 억제하는 평활 인덕터를 구비한 전하 펌프를 도시한다.
도시한 전하 펌프는, 입력 전원의 전류를 축적하는 인덕터(110); 상기 인덕터(110)가 전류를 축적하고, 축적된 전류를 방출하도록 스위칭하는 스위칭부(120); 상기 인덕터(110)에서 방출된 전류의 전하를 축적하는 제1 축적 커패시터(130); 상기 제1 축적 커패시터(130)로부터 전달받은 전하를 축적하여, 출력 전원으로서 출력하는 제2 축적 커패시터(140); 상기 인덕터(110)에서 상기 제1 축적 커패시터(130)로 일방향 전류 경로를 형성하는 제1 다이오드(152); 상기 제1 축적 커패시터(130)에서 상기 제2 축적 커패시터(140)로 일방향 전류 경로를 형성하는 제2 다이오드(154) 및 제3 다이오드(156); 상기 제2 다이오드(154) 및 제3 다이오드(156)의 연결 노드와, 상기 인덕터(110) 사이에 연결된 평활 커패시터(160); 상기 제1 축적 커패시터(130)와 제2 축적 커패시터(140) 사이의, 상기 제1 축적 커패시터(130)에 축적된 전하의 방출 경로를 형성하며, 고주파 전류를 억제하는 평활 인덕터(170)를 포함한다.
도시한 전하 펌프는, 구현에 따라 몇몇의 구성요소가 생략되거나 대체될 수 있다.
예컨대, 부하에 상기 제2 축적 커패시터(140)의 역할을 수행할 충분한 커패시턴스 성분이 존재한다면, 상기 제2 축적 커패시터(140) 및/또는 제3 다이오드(156)는 생략될 수 있으며, 노드(N)에 바로, 부하가 연결될 수 있다.
또는, 상기 제1 다이오드(152) 내지 제3 다이오드(156)를 생략하고, 상기 인덕터(110)에서 제1 축적 커패시터(130) 사이의 스위치, 및 상기 제1 축적 커패시터(130)에서 제2 축적 커패시터(140) 사이의 스위치로 대체될 수 있다.
도시한 입력단(I)에는 전하 펌프 외부의 전원이 인가되고, 도시한 출력단(O)에는 전하 펌프 외부의 부하가 연결될 수 있다. 상기 입력단(I)에 외부의 전원으로서 정전압 전원이 연결될 수 있다.
상기 인덕터(110)는 입력단(I)에 전압이 인가된 시점부터 소정의 지연 시간(즉, 과도기) 동안 전류를 지수함수적으로 증가시키고 나서, 정전류 상태를 유지시키는 특성이 있다. 또한, 정전류 상태의 상기 인덕터(110)에 부하를 연결시키면, 상기 인덕터(110)는 정전류 형태로 저장된 전기 에너지를 상기 부하로 전달한다.
이를 위해, 상기 소정의 지연 시간 동안 상기 스위칭부(120)가 턴온시키고, 상기 인덕터(110)가 정전류 상태가 되면 상기 스위칭부(120)를 턴오프시키고, 상기 인덕터(110)에 저장된 정전류가 어느 정도 소진되면, 다시 상기 스위칭부(120)를 턴온시킨다.
상기 인덕터(110)가 정전류 상태일 때 스위칭부(120)를 턴오프하면, 정전류를 유지하려는 인덕터(110)의 특성상, 소정 시간 동안 정전류를 상기 제1 축적 커패시터(130)로 흘러보내게 되고, 그 결과 상기 축적 커패시터(130)에는 전하가 축적된다.
상기 스위칭부(120)는, FET(field effect transistor) 소자로 된 스위치 트랜지스터로 구현될 수 있다.
상기 평활 커패시터(160)는 상기 스위칭부(120)의 스위칭 과정에서 발생하는 교류 성분을 바이패스시키는 기능, 및/또는 상기 소정의 지연 시간(즉, 과도기) 동안 상기 제1 축적 커패시터(130)에서 제2 축적 커패시터(140)로의 전류 흐름을 억제하는 기능을 수행한다.
전하가 축적된 상기 제1 축적 커패시터(130)의 전압이 2개의 다이오드(154, 156)의 문턱전압을 넘을 정도로 높아지면, 상기 제1 축적 커패시터(130)에서 제2 축적 커패시터(140)로 전류가 흐르게 되며, 상기 전류에 의해 제2 축적 커패시터(140)에 전하가 축적된다.
상기 제2 축적 커패시터(140)에 축적된 전하는, 전원 출력단(O)에서 방출되는 전류의 형태로, 상기 전원 출력단(O)에 연결된 부하에 전달된다.
상기 평활 인덕터(170)는 인덕터 특성상 직류 전류는 유지/통과시키고, 교류 전류는 억제하므로, 상기 스위칭부(120)의 턴온 직후 과도기에 발생하는 고주파 전 류를 효과적으로 차단할 수 있다. 그 결과, 상기 제2 다이오드(154) 및 스위칭부(20)를 고주파 전류에 대항하는 내성이 요구되지 않는다. 이는 상기 제2 다이오드(154) 및 스위칭부(120)를 보다 저렴한 소자로 구현해도 무방함을 의미하며, 결국 제작 비용을 절감할 수 있게 된다.
본 발명의 기술사상은 상기 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 전력 축적 소자로서 인덕터를 이용한 전하 펌프를 도시한 회로도.
도 2는 잡음 성분의 고주파 전류를 억제하는 평활 인덕터를 구비한 전하 펌프를 도시한 회로도.
Claims (7)
- 입력 전원의 전류를 축적하는 인덕터;상기 인덕터가 전류를 축적하고, 축적된 전류를 방출하도록 스위칭하는 스위칭부;상기 인덕터에서 방출된 전류의 전하를 축적하는 제1 축적 커패시터;상기 제1 축적 커패시터로부터 전달받은 전하를 축적하여, 출력 전원으로서 출력하는 제2 축적 커패시터;상기 제1 축적 커패시터와 제2 축적 커패시터 사이의 전하 전달 경로상에 위치한 평활 인덕터;상기 인덕터에서 상기 제1 축적 커패시터로 일방향 전류 경로를 형성하는 제1 다이오드;상기 제1 축적 커패시터에서 제2 축적 커패시터로 일방향 전류 경로를 형성하는 제2 다이오드 및 제 3 다이오드; 및상기 제2 다이오드 및 제2 다이오드의 연결 노드와, 상기 인덕터 사이에 연결된 평활 커패시터를 포함하는 전하 펌프.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 스위칭부는,FET(field effect transistor)인 전하 펌프.
- 제 1 항에 있어서,상기 입력 전원은, 정전압 전원인 전하 펌프.
- 입력 전원의 전류를 축적하는 인덕터;상기 인덕터가 전류를 축적하고, 축적된 전류를 방출하도록 스위칭하는 스위칭부;상기 인덕터에서 방출된 전류의 전하를 축적하는 제1 축적 커패시터;상기 인덕터에서 상기 제1 축적 커패시터로 일방향 전류 경로를 형성하는 제1 다이오드;상기 제1 축적 커패시터에 축적된 전하의 방출 경로로서 일방향 전류 경로를 형성하는 제2 다이오드;상기 제2 다이오드의 캐소드와 상기 인덕터 사이에 연결된 평활 커패시터; 및상기 제1 축적 커패시터에 축적된 전하의 방출 경로를 형성하는 평활 인덕터를 포함하는 전하 펌프.
- 제 5 항에 있어서,상기 스위칭부는,FET(field effect transistor)인 전하 펌프.
- 제 5 항에 있어서,상기 입력 전원은, 정전압 전원인 전하 펌프.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020090077275A KR101018164B1 (ko) | 2009-08-20 | 2009-08-20 | 전하 펌프 |
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Publications (1)
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| KR101018164B1 true KR101018164B1 (ko) | 2011-02-28 |
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Family Applications (1)
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| KR1020090077275A KR101018164B1 (ko) | 2009-08-20 | 2009-08-20 | 전하 펌프 |
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| KR (1) | KR101018164B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8674624B2 (en) | 2011-11-07 | 2014-03-18 | Samsung Display Co., Ltd. | DC-DC converter and light emitting diode driving device including the same |
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2009
- 2009-08-20 KR KR1020090077275A patent/KR101018164B1/ko active IP Right Grant
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