KR101087749B1 - 전류 감지기 및 이를 포함하는 발광 다이오드의 구동 장치 - Google Patents

전류 감지기 및 이를 포함하는 발광 다이오드의 구동 장치 Download PDF

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한양대학교 산학협력단
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Abstract

발광 다이오드의 구동 장치는 스위칭 소자를 포함하는 DC/DC 컨버터를 사용하여 입력 전압을 발광 다이오드의 구동 전압으로 변경하여 발광 다이오드의 애노드로 공급한다. 이때, 발광 다이오드의 구동 장치는 발광 다이오드에 흐르는 전류와 스위칭 소자에 흐르는 전류를 이용하여 DC/DC 컨버터를 제어한다. 이러한 발광 다이오드의 구동 장치는 발광 다이오드의 캐소드와 접지단 사이에 연결되어 있는 트랜지스터를 포함하며, 별도의 전압 마진 없이 트랜지스터의 동작 영역을 포화 영역에 있도록 제어하는 구조를 가진다.
LED, 구동, 전압, 전류, 감지

Description

전류 감지기 및 이를 포함하는 발광 다이오드의 구동 장치{APPARATUS FOR DETECTING CURRENT, AND DRIVER FOR LIGHT EMITTING DIODE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 전류 감지기 및 이를 포함하는 발광 다이오드의 구동 장치에 관한 것이다.
형광등과 같은 조명 기기의 경우, 수은, 납 등의 환경 오염 물질을 포함하고 있을 뿐만 아니라 크기가 크고, 밝기 및 휘도가 상대적으로 낮은 데 반하여 LED는 다양한 환경 규제를 충분히 만족시키고, 크기가 작고 휘도가 상대적으로 높을 뿐만 아니라 출력되는 빛의 밝기를 쉽게 조절할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이로 인해, 디스플레이의 백라이트, 자동차의 헤드라이트, 신호등 등과 같은 조명 기기가 사용되는 분야에서 발광 다이오드(Light Emitting Diode, 이하 "LED"라 함)의 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 이러한 LED를 효율적으로 사용하기 위해서는 LED를 구동하기 위한 구동 장치가 필요하다.
LED의 구동 장치는 LED가 빛을 낼 수 있도록 LED에 구동 전압과 구동 전류를 공급한다. 따라서, LED의 구동 장치는 LED를 효율적으로 구동할 수 있는 구동 전압과 구동 전류를 생성할 수 있어야 하며, 다양한 입력 전압에 따라서 LED를 고효율 로 구동할 수 있도록 설계 및 제작되어야 한다.
일반적으로, LED의 구동 장치는 LED의 구동 안정성을 확보하기 위해 구동 전압을 조절할 때 구동 전류에 소정의 마진을 두고 있다. 따라서, LED가 동작할 수 있는 안정적인 구동 전압을 공급할 수는 있지만 불필요한 전력이 낭비될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 불필요한 전력의 소비를 최소화할 수 있는 발광 다이오드의 구동 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 정확한 전류를 감지할 수 있는 전류 감지기를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 발광 다이오드의 구동 장치가 제공된다. 이 구동 장치는 DC/DC 컨버터, 제1 트랜지스터, 제1 증폭기, 레벨 시프터, 비교기, 그리고 제어기를 포함한다. DC/DC 컨버터는 입력 전압을 공급하는 제1 전원과 상기 발광 다이오드의 애노드 사이에 연결되어 있으며, 상기 입력 전압을 상기 발광 다이오드의 구동 전압으로 변환한다. 제1 트랜지스터는 제1단 및 제2단이 각각 상기 발광 다이오드의 캐소드 및 제1 전압을 공급하는 제2 전원 사이에 연결되어 있다. 제1 증폭기는 제1 및 제2 입력단과 출력단을 가지며, 상기 출력단이 상기 제1 트랜지스터의 제어단에 연결되어 있으며, 상기 제1 및 제2 입력단으로 입력되는 전압의 차에 대응하는 전압을 출력한다. 비교기는 상기 제1 트랜지스터의 제1단의 전압을 시프트하여 출력한다. 비교기는 상기 레벨 시프터로부터 출력되는 전압과 상기 제1 증폭기로부터 출력되는 전압의 비교에 따른 펄스 신호를 출력한다. 그리고 제어기는 상기 비교기로부터 출력되는 펄스 신호에 대응하여 상기 DC/DC 컨버터를 제어한다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 제어단, 입력 전원과 접지단에 각각 연결되어 있는 제1단 및 제2단을 가지는 제2 트랜지스터를 이용하여 입력 전압을 발광 다이오드의 구동 전압으로 변환하는 전압 변환기를 포함하는 구동 장치의 전류 감지기가 제공된다. 전류 감지기는 제3 트랜지스터, 제4 트랜지스터, 증폭기, 그리고 노드를 포함한다. 제3 트랜지스터는 제1단, 상기 접지단에 연결되어 있는 제2단, 상기 제2 트랜지스터의 제어단에 연결되어 있는 제어단을 가지고, 제4 트랜지스터는 제어단, 상기 입력 전원과 상기 제3 트랜지스터의 제1단에 각각 연결되어 있는 제1단 및 제2단을 가지며, 증폭기는 상기 제2 트랜지스터의 제1단과 연결되어 있는 제1 입력단, 상기 제3 트랜지스터의 제1단과 연결되어 있는 제2 입력단 및 상기 제4 트랜지스터의 제어단과 연결되어 있는 출력단을 가지며, 상기 제1 및 제2 입력단으로 입력되는 전압의 차에 대응하는 전압을 상기 출력단을 통해 출력한다. 그리고 노드는 상기 제4 트랜지스터에 흐르는 전류를 상기 전압 변환기로 출력하기 위해 형성되어 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 발광 다이오드를 효율적으로 구동할 수 있는 구동 전압과 구동 전류를 생성하여 발광 다이오드로 공급할 수 있으므로, 불필요한 전력의 소비를 최소화할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 전류 감지기 및 이를 포함하는 발광 다이오드의 구동 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드의 구동 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, 이하 "LED"라 함)(200)의 구동 장치(100)는 전압 변환기(110), 전류 변환기(120), 레벨 시프 터(130), 비교기(140) 및 전류 감지기(150)를 포함한다.
전압 변환기(110)는 입력 전압(Vin)을 공급하는 입력 전원과 LED(200)의 애노드 사이에 연결되어 있으며, 듀티비에 따라 스위칭하는 스위칭 소자, 예를 들면 트랜지스터를 이용하여 출력 전압(Vo)을 생성하며, 생성한 출력 전압(Vo)이 LED(200)를 구동하기 위한 구동 전압으로 사용된다.
전류 변환기(120)는 트랜지스터(M1), 증폭기(122), 기준전압 생성기(124), 디밍 제어기(126) 및 저항(R1)을 포함한다. 도 1에서는 트랜지스터(M1)를 NMOS(n-channel metal oxide semiconductor) 트랜지스터로 도시하였나, NMOS 트랜지스터 대신에 유사한 기능을 하는 다른 스위치가 사용될 수도 있다.
구체적으로, 트랜지스터(M1)의 드레인이 LED(200)의 캐소드에 연결되어 있고, 트랜지스터(M1)의 소스가 저항(R1)을 통해 접지단에 연결되어 있다. 증폭기(122)는 비반전 단자(+)가 기준 전압(Vref)을 생성하는 기준전압 생성기(124)에 연결되어 있고 반전 단자(-)가 디밍 제어기(126)에 연결되어 있으며 출력 단자가 트랜지스터(M1)의 게이트에 연결되어 있다. 이러한 증폭기(122)는 비반전 단자(+)로 입력되는 전압과 반전 단자(-)로 입력되는 전압의 차에 해당하는 전압을 출력한다. 디밍 제어기(126)는 트랜지스터(M1)의 소스와 증폭기(122)의 반전 단자(-) 사이에 연결되어 있으며, 외부로부터 입력되는 디밍 제어 신호(SDIM)에 따라서 트랜지스터(M1)의 소스 전압(VS) 또는 구동 장치(100)의 전원 전압을 증폭기(122)의 반전 단자(-)로 출력한다. 즉, 디밍 제어기(126)는 디밍 제어 신호(SDIM)가 로우 레벨일 때 증폭기(122)의 반전 단자(-)로 구동 장치(100)의 전원 전압을 공급하고, 디밍 제어 신호(SDIM)가 하이 레벨일 때 트랜지스터(M1)의 소스 전압(VS)을 증폭기(122)의 반전 단자(-)로 공급한다. 이와 달리, 디밍 제어기(126)는 디밍 제어 신호(SDIM)가 하이 레벨일 때 증폭기(122)의 반전 단자(-)로 구동 장치(100)의 전원 전압을 공급할 수도 있고, 디밍 제어 신호(SDIM)가 로우 레벨일 때에 트랜지스터(M1)의 소스 전압(VS)을 증폭기(122)의 반전 단자(-)로 공급할 수도 있다. 아래에서는 디밍 제어 신호(SDIM)가 하이 레벨일 때 트랜지스터(M1)의 소스 전압(VS)을 증폭기(122)의 반전 단자(-)로 공급하는 것으로 가정한다.
레벨 시프터(130)는 트랜지스터(M1)의 드레인과 비교기(140)의 반전 단자(-) 사이에 연결되어 있으며, 트랜지스터(M1)의 드레인 전압(Vd)을 트랜지스터(M1)의 문턱 전압(VTH)만큼 레벨 시프트하고, 레벨 시프트한 전압(Vd+VTH)을 비교기(140)의 반전 단자(-)로 출력한다.
비교기(140)는 반자 단자(-)가 레벨 시프터(130)에 연결되어 있고, 비반전 단자(+)가 트랜지스터(M1)의 게이트에 연결되어 있으며, 출력 단자가 전압 변환기(110)에 연결되어 있다. 이러한 비교기(140)는 전압(Vd+VTH)을 트랜지스터(M1)의 게이트 전압(VG)과 비교하고, 그 결과에 따른 펄스 신호(SP)를 전압 변환기(110)로 출력한다. 이때, 전압 변환기(110)는 비교기(140)로부터 출력되는 펄스 신호(SP)를 이용하여 스위칭 소자를 온/오프시킨다.
전류 감지기(150)는 전압 변환기(110)의 스위칭 소자에 흐르는 전류를 감지하여 전압 변환기(110)로 출력한다. 이때, 전압 변환기(110)는 전압 변환기(110)의 스위칭 소자에 흐르는 전류가 설정값에 도달하면 전압 변환기(110)의 스위칭 소자를 오프시킨다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전압 변환기를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 DC/DC 컨버터의 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, 전압 변환기(110)는 DC/DC 컨버터(112) 및 제어기(114)를 포함한다. DC/DC 컨버터(112)는 벅 컨버터, 부스트 컨버터, 벅-부스트 컨버터 등으로 이루어질 수 있으며, 도 2에서는 DC/DC 컨버터(112)로서 부스트 컨버터를 도시하였다.
DC/DC 컨버터(112)는 인덕터(L1), 트랜지스터(M2), 다이오드(D1) 및 커패시터(C1)를 포함한다. 구체적으로, 인덕터(L1)의 제1단이 입력 전원에 연결되어 있고, 인덕터(L1)의 제2단이 다이오드(D1)의 애노드에 연결되어 있으며, 다이오드(D1)의 캐소드는 LED(200)의 애노드에 연결되어 있다. 또한, 인덕터(L1)의 제2단에 드레인이 연결되어 있는 트랜지스터(M2)의 소스가 접지단에 연결되어 있으며, 트랜지스터(M2)의 게이트에 제어기(114)가 연결되어 있다. 따라서, 트랜지스터(M2)는 제어기(114)로부터의 제어 신호(SCON)에 따라서 온/오프된다. 도 2에서는 트랜지스터(M2)를 NMOS(n-channel metal oxide semiconductor) 트랜지스터로 도시하였나, NMOS 트랜지스터 대신에 유사한 기능을 하는 다른 스위치가 사용될 수도 있다.
도 3을 참고하면, 트랜지스터(M2)가 온되면 인덕터(L1)에 입력 전압(Vin)이 충전되면서 인덕터(L1)의 양단에 걸리는 전압에 비례하는 기울기로 인덕터(L1)의 전류(IL1)가 증가한다. 또한, 트랜지스터(M2)가 오프되면 인덕터(L1)의 전류(IL1)가 다이오드(D1)를 통해 커패시터(C1)로 전달되면서 인덕터(L1)의 전류(IL1)는 감소하고 커패시터(C1)가 충전된다. 이러한 DC/DC 컨버터(112)는 트랜지스터(M2)의 온/오프 동작의 반복에 의해 입력 전압(Vin)보다 높은 출력 전압(Vo)을 생성한다.
다시, 도 2를 보면, 제어기(114)는 디밍 제어 신호(SDIM)에 응답하여 구동을 시작하며, LED(200)를 통해 흐르는 전류(ILED)와 인덕터(L1)에 흐르는 전류(IL1)를 이용하여 트랜지스터(M1)의 온/오프를 제어하는 제어 신호(SCON)를 트랜지스터(M2)의 게이트로 출력한다. 구체적으로, 제어기(114)는 비교기(140)로부터 출력되는 펄스 신호(SP)에 응답하여 트랜지스터(M2)를 턴온하고 인덕터(L1)에 흐르는 전류(IL1)가 설정값에 도달하면 트랜지스터(M2)를 턴오프한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드의 구동 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 외부로부터 디밍 제어 신호(SDIM)가 입력된다. 먼저, 디밍 제어 신호(SDIM)의 레벨이 하이 레벨이면(T1), 디밍 제어기(126)는 트랜지스터(M1) 의 소스 전압(VS)을 증폭기(122)의 반전 단자(-)로 출력한다. 이때에는 트랜지스터(M1)가 턴오프되어 있는 상태이므로, 트랜지스터(M1)의 소스 전압(VS)은 0V가 된다. 즉, 증폭기(122)의 반전 단자(-)로 0V 전압이 입력되고 증폭기(122)의 비반전 단자(+)로 기준 전압(Vref)이 입력되므로, 증폭기(122)는 기준 전압(Vref)과 0V 전압의 차에 해당하는 증폭기(122)의 출력 전압이 트랜지스터(M1)의 게이트 및 비교기(140)의 비반전 단자(+)로 입력된다. 그러면, 트랜지스터(M1)는 턴온되고, 비교기(140)는 하이 레벨의 제어 신호(SP)를 출력한다(T2).
제어기(114)는 비교기(140)로부터의 하이 레벨의 펄스 신호(SP)에 응답하여 트랜지스터(M2)를 턴온시키는 제어 신호(SCON)를 트랜지스터(M2)로 출력한다(T2). 트랜지스터(M2)가 턴온되면, 인덕터(L1)의 전류(IL1)가 증가한다. 그리고 인덕터(L1)의 전류(IL1)가 증가하다가 인덕터(L1)의 전류(IL1)가 설정값에 도달하면 제어기(114)는 트랜지스터(M2)를 턴오프시킨다(T3).
트랜지스터(M2)가 오프되면(T3), 인덕터(L1)의 전류(IL1)가 다이오드(D1)를 통해 커패시터(C1) 및 LED(200)로 전달되면서 인덕터(L1)의 전류(IL1)는 감소하고 커패시터(C1)가 충전된다. 그러면, LED(200)로 흐르는 전류(ILED)가 서서히 증가하기 시작하며 이에 따라서 트랜지스터(M2)의 드레인 전압(VD)이 서서히 증가하기 시작한다. 이때, 트랜지스터(M1)가 턴온되어 있는 상태이므로 트랜지스터(M1)의 소스 전압(VS) 또한 서서히 증가하므로, 증폭기(122)의 출력 전압이 서서히 낮아진다. 즉, 트랜지스터(M1)의 게이트 전압(VG)이 서서히 낮아지고, 비교기(140)는 전압(Vd+VTH)이 트랜지스터(M1)의 게이트 전압(VG)에 도달하기 전까지 하이 레벨의 펄스 신호(SP)를 출력한다. 그러면, 제어기(114)는 DC/DC 컨버터(110)의 출력 전압(Vo)이 LED(200)의 구동 전압으로 충분치 않은 것으로 판단하여 다시 트랜지스터(M2)를 턴온시키는 제어 신호(SCON)를 트랜지스터(M2)로 출력하여 트랜지스터(M2)를 턴온시킨다. 그리고 전압(Vd+VTH)이 트랜지스터(M1)의 게이트 전압(VG)에 도달하면, 비교기(140)는 로우 레벨의 펄스 신호(SP)를 출력한다(T4). 그러면, 제어기(114)는 비교기(140)로부터의 로우 레벨의 펄스 신호(SP)에 응답하여 트랜지스터(M2)를 턴오프시키는 제어 신호(SCON)를 트랜지스터(M2)로 출력하고, 이에 따라 트랜지스터(M2)가 턴오프되고, 게이트 전압(VG)이 서서히 낮아지며, 비교기(140)는 전압(Vd+VTH)이 트랜지스터(M1)의 게이트 전압(VG)에 도달하기 전까지 하이 레벨의 펄스 신호(SP)를 출력한다(T5).
구동 장치(100)는 이러한 동작을 반복하면서 DC/DC 컨버터(110)의 출력 전압(Vo)을 높이게 된다.
한편, 디밍 제어 신호(SDIM)가 로우 레벨이 되면(T6), 디밍 제어기(126)는 증폭기(122)의 반전 단자(-)로 구동 장치(100)의 전원 전압을 출력하며, 구동 장 치(100)의 전원 전압은 기준 전압(Vref)보다 높은 전압이므로, 증폭기(122)는 0V의 전압을 출력하며, 이에 따라 트랜지스터(M1)가 턴오프된다. 또한, 비교기(140)의 비반전 단자(+)의 전압 또한 0V가 되므로, 비교기(140)는 로우 레벨의 펄스 신호(SP)를 제어기(114)로 출력한다. 이에 따라 제어기(114)는 트랜지스터(M2)를 턴오프하게 된다.
이와 같이, 디밍 제어 신호(SDIM)가 하이 레벨인 기간 동안에는 트랜지스터(M2)가 턴온/턴오프를 반복하면서 DC/DC 컨버터(110)의 출력 전압(Vo)이 서서히 높아지며, 디밍 제어 신호(SDIM)가 로우 레벨인 기간 동안에는 트랜지스터(M2)가 턴오프 상태가 되면서 출력 전압(Vo)이 서서히 낮아진다.
그리고 DC/DC 컨버터(110)의 출력 전압(Vo)이 높아지면서 전압(Vd+VTH)이 트랜지스터(M1)의 게이트 전압(VG)보다 높아질만큼 LED(200)로 충분한 전류가 흐르게 되면, 비교기(140)는 로우 레벨의 펄스 신호(SP)를 출력한다. 그러면, 제어기(114)는 트랜지스터(M2)를 턴오프시키는 제어 신호(SCON)를 트랜지스터(M2)의 게이트로 출력한다. 그러면, LED(200)는 커패시터(C1)에 충전된 전압을 공급받게 되며 이에 따라서 DC/DC 컨버터(110)의 출력 전압(Vo)이 다시 낮아진다. 이에 따라서 다시, 전압(Vd+VTH)이 트랜지스터(M1)의 게이트 전압(VG)보다 낮아지면 비교기(140)는 하이 레벨의 펄스 신호(SP)를 제어기(114)로 출력하며, 제어기(114)는 트랜지스터(M2)를 턴온하게 된다. 이러한 동작이 반복되면서 구동 장치(100)는 LED(200)로 구동 전압을 공급한다.
그리고 트랜지스터(M1)가 포화 영역에서 동작하기 위해서는 수학식 1의 조건을 만족해야 한다.
VGS > VTH and VGS -VTH < VDS
여기서, VGS는 트랜지스터(M1)의 게이트와 소스 사이의 전압이고, VTH는 트랜지스터(M1)의 문턱 전압(threshold voltage)이며 및 VDS는 트랜지스터(M1)의 드레인과 소스 사이의 전압을 의미한다.
본 발명의 실시 예에 따른 레벨 시프터(130)는 트랜지스터(M1)의 드레인 전압(VD)을 트랜지스터(M1)의 문턱 전압(VTH)만큼 레벨 시프트하여 비교기(140)의 반전 단자(-)로 출력하고, 비교기(140)는 전압(Vd+VTH)이 트랜지스터(M1)의 게이트 전압(VG)을 넘는 순간 로우 레벨의 펄스 신호(SP)를 출력하고, 이에 따라 제어기(114)는 트랜지스터(M2)를 턴오프한다. 이렇게 하면, 구동 장치(100)의 동작 상태 및 트랜지스터(M1)의 소자 상태가 좋지 않은 경우라도 트랜지스터(M1)의 동작 영역이 항상 포화 영역과 선형 영역의 경계, 즉 트랜지스터(M1)의 드레인과 소스 사이의 전압과 문턱 전압의 합(VDS+VTH)에 거의 일치하도록 전압 변환기(110)의 출력 전압(Vo)이 제어된다. 따라서, 트랜지스터(M1)가 포화 영역에서 동작하기 위한 별도의 전류 마진을 설정하지 않아도 되므로, 불필요한 전력의 소비를 최소화할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 전류 감지기를 나타낸 회로도이고, 도 6a는 인덕터의 전류(IL1)를 나타낸 도면이고, 도 6b는 도 5에 도시된 전류 감지기에 의해 감지된 전류(I1)를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 전류 감지기(150)는 트랜지스터(M3-M9), 증폭기(152) 및 저항(Rse)을 포함한다.
트랜지스터(M2)와 트랜지스터(M3)는 전류 미러 형태로 연결되어 있으며, 트랜지스터(M6-M9)는 캐스코드 미러 형태로 연결되어 있다. 이때, 트랜지스터(M3)의 크기는 트랜지스터(M2)의 크기의 1/M이고, 트랜지스터(M6-M9)는 그 크기가 서로 동일하다. 여기서, M은 양의 정수이고, 트랜지스터의 크기는 트랜지스터의 채널 폭(W)과 채널 길이(L)의 비(W/L)를 말한다. 도 5에서는 트랜지스터(M3-M5)를 n채널 전계 효과 트랜지스터로 도시하였으며, 트랜지스터(M6-M9)를 p채널 전계 효과 트랜지스터로 도시하였으나, 이와 반대의 타입으로 형성될 수도 있다.
구체적으로, 트랜지스터(M3)는 소스가 접지단에 연결되어 있고 게이트가 트랜지스터(M2)의 게이트에 연결되어 있다.
그리고 다이오드 형태로 연결된 트랜지스터(M6)의 소스가 입력 전압(Vin)을 공급하는 전원에 연결되어 있고 트랜지스터(M6)의 드레인은 다이오드 형태로 연결된 트랜지스터(M8)의 소스에 연결되어 있다. 트랜지스터(M7)는 소스가 입력 전압(Vin)을 공급하는 전원에 연결되어 있고 게이트가 트랜지스터(M6)의 게이트에 연 결되어 있으며 드레인이 트랜지스터(M9)의 소스에 연결되어 있다. 또한, 트랜지스터(M9)의 게이트가 트랜지스터(M8)의 게이트에 연결되어 있고, 트랜지스터(M8)의 드레인은 트랜지스터(M4)의 드레인에 연결되어 있으며, 트랜지스터(M9)의 드레인은 저항(Rse)을 통해 접지단에 연결되어 있다. 이때, 트랜지스터(M9)의 드레인과 저항(Rse) 사이의 형성되어 있는 노드(N)가 제어기(114)에 연결되어 있다.
증폭기(152)는 비반전 단자(+)가 트랜지스터(M5)의 소스에 연결되어 있고 반전 단자(-)가 트랜지스터(M3)의 드레인에 연결되어 있다. 그리고 트랜지스터(M4)는 소스가 트랜지스터(M3)의 드레인에 연결되어 있고 게이트가 증폭기(152)의 출력 단자에 연결되어 있다. 트랜지스터(M5)는 드레인이 트랜지스터(M2)의 드레인에 연결되어 있고 게이트가 트랜지스터(M2)의 게이트에 연결되어 있다.
이러한 전류 감지기(150)는 트랜지스터(M4)가 턴온되어 있는 상태에서 트랜지스터(M2, M3, M5)가 턴온되면, 트랜지스터(M3)의 드레인으로 트랜지스터(M2)의 드레인을 통하여 흐르는 전류, 즉 인덕터(L1)를 통하여 흐르는 전류(IL1)의 1/M배의 전류(IL1/M=IM3)가 흐르며, 트랜지스터(M6-M9)의 크기가 동일하다면, 트랜지스터(M3)에 흐르는 전류(IM3)는 트랜지스터(M6, M8)을 통해 흐르는 전류와 동일해진다. 즉, 트랜지스터(M7, M9)에 흐르는 전류(I1)는 트랜지스터(M3)에 흐르는 전류(IM3)와 동일해지며, 트랜지스터(M7, M9)에 흐르는 전류(I1)는 노드(N)를 통해 제어기(114)로 전달된다. 즉, 전류 감지기(150)는 도 6a에 도시된 인덕터(L1)의 전류(IL1)를 트랜 지스터(M7, M9)에 흐르는 전류(IM3)를 통하여 도 6b에 도시한 바와 같이 인덕터(L1)의 전류(IL1)의 1/M배에 해당하는 전류(I1)로 감지할 수 있다. 또한, 전류 감지기(150)는 저항(Rse)을 통하여 인덕터(L1)의 전류(IL1)를 전압(Vse)으로 변경하여 제어기(114)로 전달할 수도 있다.
또한, 트랜지스터(M2)의 드레인에는 고전압(예를 들면, 20V 정도)이 인가될 수 있으므로, 증폭기(152)를 고전압 소자로 만들 경우, 높은 이득을 갖지 못하게 된다. 따라서, 트랜지스터(M2, M3)의 드레인 전압에 이득 오차가 발생하게 되어 정확한 전류를 감지할 수가 없다. 그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 전류 감지기(150)는 증폭기(152)의 비반전 단자(+)와 트랜지스터(M2)의 드레인 사이에 트랜지스터(M5)를 연결함으로써, 트랜지스터(M2)의 드레인에 고전압이 인가될 때 트랜지스터(M5)가 턴오프되므로, 증폭기(152)의 비반전 단자(+)로 고전압의 유입을 막을 수 있다. 이로 인해, 증폭기(152)를 저전압 소자 및 높은 이득을 갖는 증폭기로 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권 리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 LED의 구동 장치를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전압 변환기를 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2에 도시된 DC/DC 컨버터의 신호 파형을 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 발광 다이오드의 구동 장치의 동작을 나타낸 도면이고,
도 5는 도 1에 도시된 전류 감지기를 나타낸 회로도이고,
도 6a는 인덕터의 전류(IL1)를 나타낸 도면이고,
도 6b는 도 5에 도시된 전류 감지기에 의해 감지된 전류(I1)를 나타낸 도면이다.

Claims (12)

  1. 발광 다이오드의 구동 장치에 있어서,
    입력 전압을 공급하는 제1 전원과 상기 발광 다이오드의 애노드 사이에 연결되어 있으며, 상기 입력 전압을 상기 발광 다이오드의 구동 전압으로 변환하는 DC/DC 컨버터,
    제1단 및 제2단이 각각 상기 발광 다이오드의 캐소드 및 제1 전압을 공급하는 제2 전원 사이에 연결되어 있는 제1 트랜지스터,
    제1 및 제2 입력단과 출력단을 가지며, 상기 출력단이 상기 제1 트랜지스터의 제어단에 연결되어 있으며, 상기 제1 및 제2 입력단으로 입력되는 전압의 차에 대응하는 전압을 출력하는 제1 증폭기,
    상기 제1 트랜지스터의 제1단의 전압을 시프트하여 출력하는 레벨 시프터,
    상기 레벨 시프터로부터 출력되는 전압과 상기 제1 증폭기로부터 출력되는 전압의 비교에 따른 펄스 신호를 출력하는 비교기, 그리고
    상기 비교기로부터 출력되는 펄스 신호에 대응하여 상기 DC/DC 컨버터를 제어하는 제어기
    를 포함하는 발광 다이오드의 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    외부로부터 입력되는 디밍 제어 신호에 따라서 상기 제1 트랜지스터의 제2단 의 전압과 상기 구동 장치의 전원 전압 중 하나를 상기 제1 증폭기의 제1 입력단으로 출력하는 디밍 제어기
    를 더 포함하는 발광 다이오드의 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터는,
    상기 제1 전원에 제1단이 연결되어 있는 인덕터, 그리고
    상기 인덕터의 제2단과 접지단에 각각 연결되어 있는 제1단 및 제2단과 상기 제어기에 연결되어 있는 제어단을 가지는 제2 트랜지스터
    를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 인덕터에 흐르는 전류가 기 설정된 값에 도달하는 경우에 상기 제2 트랜지스터를 턴오프하는 발광 다이오드의 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 인덕터에 흐르는 전류를 감지하여 상기 제어기로 출력하는 전류 감지기
    를 더 포함하며,
    상기 전류 감지기는,
    제1단, 상기 접지단에 연결되어 있는 제2단 및 상기 제2 트랜지스터의 제어단에 연결되어 있는 제어단을 가지는 제3 트랜지스터,
    제어단, 상기 제1 전원 및 상기 제3 트랜지스터의 제1단에 각각 연결되어 있 는 제1단 및 제2단을 가지는 제4 트랜지스터,
    상기 제2 트랜지스터의 제1단과 연결되어 있는 제1 입력단, 상기 제4 트랜지스터의 제2단에 연결되어 있는 제2 입력단 및 상기 제4 트랜지스터의 제어단과 연결되어 있는 출력단을 가지며, 상기 제1 및 제2 입력단으로 입력되는 전압의 차에 대응하는 전압을 상기 출력단을 통해 출력하는 제2 증폭기, 그리고
    상기 제3 트랜지스터에 흐르는 전류에 대응하는 전류를 상기 제어기로 전달하기 위해 형성되어 있는 노드
    를 포함하는 발광 다이오드의 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전류 감지기는,
    상기 제2 증폭기의 제1 입력단과 상기 제2 트랜지스터의 제1단에 각각 연결되어 있는 제1단 및 제2단과 상기 제어기에 연결되어 있는 제어단을 가지는 제5 트랜지스터
    를 더 포함하는 발광 다이오드의 구동 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전류 감지기는,
    상기 노드와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 저항을 더 포함하는 발광 다이오드의 구동 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전류 감지기는,
    상기 제1 전원과 상기 제3 트랜지스터 사이에 연결되어 있는 적어도 하나의 제6 트랜지스터, 그리고
    상기 제1 전원과 상기 노드 사이에 상기 적어도 하나의 제6 트랜지스터와 전류 미러 형태로 연결되어 상기 인덕터에 흐르는 전류에 대응하는 전류를 상기 노드를 통해 출력하는 적어도 하나의 제7 트랜지스터
    를 더 포함하는 발광 다이어드의 구동 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레벨 시프터는 상기 제1 트랜지스터의 제1단 전압을 상기 제1 트랜지스터의 문턱 전압만큼 시프트하는 발광 다이오드의 구동 장치.
  9. 제어단, 입력 전원과 접지단에 각각 연결되어 있는 제1단 및 제2단을 가지는 제2 트랜지스터를 이용하여 입력 전압을 발광 다이오드의 구동 전압으로 변환하는 전압 변환기를 포함하는 구동 장치의 전류 감지기에 있어서,
    제1단, 상기 접지단에 연결되어 있는 제2단, 상기 제2 트랜지스터의 제어단에 연결되어 있는 제어단을 가지는 제3 트랜지스터,
    제어단, 상기 입력 전원과 상기 제3 트랜지스터의 제1단에 각각 연결되어 있는 제1단 및 제2단을 가지는 제4 트랜지스터,
    상기 제2 트랜지스터의 제1단과 연결되어 있는 제1 입력단, 상기 제3 트랜지스터의 제1단과 연결되어 있는 제2 입력단 및 상기 제4 트랜지스터의 제어단과 연결되어 있는 출력단을 가지며, 상기 제1 및 제2 입력단으로 입력되는 전압의 차에 대응하는 전압을 상기 출력단을 통해 출력하는 증폭기, 그리고
    상기 제4 트랜지스터에 흐르는 전류를 상기 전압 변환기로 출력하기 위해 형성되어 있는 노드
    를 포함하는 전류 감지기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 증폭기의 제1 입력단과 상기 제2 트랜지스터의 제1단 사이에 연결되어 있으며 상기 제2 트랜지스터의 턴온 시에 턴온되고 상기 제2 트랜지스터의 제1단의 전압에 따라서 턴오프가 제어되는 제5 트랜지스터
    를 더 포함하는 전류 감지기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 노드와 상기 접지단 사이에 연결되어 있는 저항
    을 더 포함하는 전류 감지기.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 전원과 상기 제4 트랜지스터의 제1단 사이에 직렬로 연결되어 있으며 각각 다이오드 연결된 복수의 제6 트랜지스터, 그리고
    상기 입력 전원과 상기 노드 사이에 상기 복수의 제6 트랜지스터 각각과 전류 미러 형태로 연결되어 있는 복수의 제7 트랜지스터
    를 더 포함하는 전류 감지기.
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