KR101098451B1

KR101098451B1 - Ｌｅｄ 구동기 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR101098451B1
Application number: KR1020080065555A
Authority: KR
Inventors: 징멩 류
Original assignee: 리치테크 테크놀로지 코포레이션
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2011-12-23
Also published as: US8093822B2; US20090015178A1; KR101147217B1; KR20110133535A; TW200904253A; KR20090007218A; TWI457049B

Abstract

일종의 LED 구동기로서, LED 전류를 LED 경로에 제공하여, 그 LED 전류와 상관 있으며, 또 교, 직류 성분을 포함한 제 1 신호를 취득하고, 그 제 1 신호를 처리하여 제 2 신호를 얻음으로써 그 LED 전류를 조절하며, 그 제 2 신호는 그 제 1 신호의 직류 성분이 된다. 이러한 LED 구동기는 진정으로 LED 경로의 고정적이고 평균적인 전류 조절이라는 목적을 얻을 수 있으며, 출력 전기 용량과 대부분의 응용중인 정류 다이오드를 제거할 수 있기 때문에, 파워 레벨 회로를 단순화할 수 있고, 다양한 유형의 구조 파워 레벨에 적용할 수 있다.

Description

ＬＥＤ 구동기 및 그 제어 방법{LED DRIVER AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 일종의 LED 구동기에 관한 것으로서, 특히 일종의 고정적이고 평균적인 전류 조절에 관한 LED 구동기 및 그 조절 방법이다.

LED 구동기는 두 가지 제어 방식이 있는데, 하나는 고정적이고 평균적인 전류 조절로서, 예를 들면 「리치텍」의 제품 번호 RT9271 (http://www.richtek.com/www/Docs/DS9271-13.pdf)이며, 다른 하나는 최고 상승치의 전류를 고정시키는 조절로서, 예를 들면 「애드텍」의 제품 번호 AMC7150 (http://www.addmtek.com/Datasheet/DD034-AMC7150%20_A.pdf)와 「슈퍼테크」의 제품 번호 HV9910 (http://www.supertex.com/pdf/ datasheets/HV9910.pdf)이다.

도 1은 RT9271의 제품 설명서의 응용예로서, 컨트롤러 칩(10)의 내부에 있는 파워 스위치는 스위치 다리(LX)와 접지 다리(GND) 사이에 연결되어 있으며, PWM 신호의 변환에 맞추어 LED1-LED3의 전류(I_LED)를 조절 공급한다. 이 회로는 안정적이고 평균적인 전류를 LED1-LED3에 공급하려면 정류 다이오드(D)와 필터용의 출력 전기 용량(Cout)을 필요로 한다. 그러나, 전기 용량(Cout)은 반드시 큰 전기 용량이 있어야만 전류(I_LED)의 리플을 감소시킬 수 있기 때문에 비교적 큰 부품과 비교적 높은 비용이 필요하다. 또, LED1-LED3가 함께 직렬 연결되어 있어, 전기 용량(Cout)은 높은 전압을 감당해야 하기 때문에 반드시 비교적 크고 비싼 부품을 사용해야 한다.

도 2는 AMC7150 제품 설명서의 응용예로서, 컨트롤러 칩(12)의 내부에 있는 파워 스위치가 전류 감측 다리(Is)와 출력 다리(OUT) 사이에 연결되어 있으며, PWM 신호의 변환에 맞추어 LED1과 LED2의 전류(I_LED)를 조절 공급한다. 도 3은 HV9910 제품 설명서의 응용예로서, 컨트롤러 칩(14)의 출력 다리(Gate)가 PWM 신호를 보내 파워 스위치(SW)를 변환시켜서, LED1과 LED2의 전류(I_LED)를 조절 공급한다. 도 3중의 전기 용량(Cout)은 제거할 수 있다. 도 4에서 보듯이, 도 2와 도 3의 LED 구동기는 한계값(I_PK)을 사용하여 전류(I_LED)를 제어하는데, 전류(I_LED)가 I_PK까지 상승되면, 제어 신호를 유발시켜서 전류(I_LED)가 하강되도록 한다. 도면 3의 LED 구동기를 예로 들면, 파워 스위치 SW의 전도 기간(Ton)에서, 전류(I_LED)가 상승되어, 도 4의 파형 16에서 보듯이, 전류(I_LED)가 한계값(I_PK)에 이르게 되면, 도 4의 기간(Toff)에서 보듯이, 파워 스위치(SW)가 꺼지고, 전류(I_LED)는 하강된다. 일반적으로, 비작업 기간(Toff)은 정해져 있으므로 LED 구동기가 안정적이고 평균적인 전류를 LED1과 LED2에 제공하도록 한다.

비록 도 2와 도 3의 LED 구동기는 도 1의 LED 구동기처럼 안정적이고 평균적 인 전류를 공급하기 위해, 반드시 큰 출력 전기 용량(Cout)이 필요하지는 않지만, 입력 전압(Vin)이 변동되면, 입력 전류의 상승 그레디언트도 따라서 변화되기 때문에, 승압 구조의 LED 구동기 같은 회로 구조에서는 사용할 수가 없다. 도면 5는 승압 구조의 LED 구동기를 나타내며, 도 6은 입력 전압(Vin)의 크기가 다를 때의 인덕턴스 전류(IL)를 나타낸다. 파워 스위치(SW)의 전도 기간에 전류(IL)는 파워 스위치(SW)를 통해 접지 터미널(GND)로 흐르고, 파워 스위치(SW)가 꺼지면, 전류(IL)는 LED1과 LED2를 통과한다. 즉, 다시 말하면, 파워 스위치(SW)가 꺼져야만 LED1과 LED2에 전류가 통과된다. 그러나 입력 전압(Vin)이 비교적 높으면, 인덕턴스 전류(IL)의 상승 속도가 비교적 빠르므로, 파워 스위치(SW)의 전도 기간(Ton1)이 짧아져서, 도 6의 파형 18에서 보듯이, 한계치(I_PK)에 쉽게 도달하게 된다. 반대로, 입력 전압(Vin)이 비교적 낮으면, 인덕턴스 전류(IL)의 상승 속도가 느려지므로, 파워 스위치(SW)의 전도 기간(Ton2)이 길어지고, 도 6의 파형(20)에서 보는 바와 같이, 한계치(I_PK)에 도달하게 된다. 파워 스위치(SW)의 작업 시간(Ton)은 입력 전압(Vin)을 따라 변화되므로, LED1과 LED2를 통과하는 평균 전류도 입력 전압(Vin)을 따라 변화되어, LED1과 LED2 밝기의 불안전한 상태를 초래하게 된다.

본 발명의 목적의 하나는, 일종의 진정으로 고정적이며 평균적인 전류 조절을 할 수 있는 LED 구동기와 그 제어 방법에 있다.

본 발명의 목적의 하나는, 일종의 출력 전기 용량을 제거할 수 있는 LED 구동기와 그 제어 방법에 있다.

본 발명의 하나는, 일종의 대부분의 응용중인 정류 다이오드를 제거할 수 있는 LED 구동기와 그 제어 방법에 있다.

본 발명의 목적의 하나는, 일종의 사이즈와 원가를 감소시킬 수 있는 LED 구동기에 있다.

본 발명의 목적의 하나는 일종의 각종 유형의 구조에 사용할 수 있는 LED 구동기와 그 제어 방법에 있다.

본 발명에 따르면, 일종의 LED 구동기는 LED 경로 상의 LED 전류와 상관 있으며, 교, 직류 성분을 포함한 제 1 신호를 얻을 수 있고, 그 제 1 신호를 처리하여 제 2 신호를 얻음에 따라, 그 LED 전류의 평균치를 조절하고, 그 제 2 신호는 그 제 1 신호의 직류 성분이 된다.

본 발명의 특징의 하나는 LED 경로를 연결하는 파워 레벨의 단순화이다.

본 발명의 특징의 하나는, 피드백 회로가 필터를 사용해 그 LED 전류의 평균 치와 설정치 사이의 수치 차이를 얻을 수 있다.

본 발명의 특징의 하나는, 그 LED 전류의 리플 및 그 직류 위치를 직접 제어할 수 있다.

본 발명의 특징의 하나는, 선택적으로 그 제어 신호의 작업 시간이나 비작업 시간을 고정으로 유지시킬 수 있다.

본 발명의 특징의 하나는, 선택적으로 그 제어 신호의 변환 주파수를 고정으로 유지시킬 수 있다.

도 7은 비반전 구조의 LED 구동기로서, 전류 I_LED를 하나의 LED 경로에 공급하며, 그 경로는 절점(A와 B) 사이에 건립되고, 그 위에 LED1-LED3이 있다. 절점(A)는 그 LED 구동기의 단순화 파워 레벨(30), 절점(B) 접지와 연결된다. 전류(I_LED)를 제어하기 위해, 피드백 회로는 오차 신호(Ve)를 컨트롤러(40)에 만들어 주고, 나아가 제어 신호(DT)를 결정하며, 단순화 파워 레벨(30)은 제어 신호(DT)에 따라 전류 (I_LED)를 조절한다. 피드백 회로 중에서, 전류 감측기(32)는 전류(I_LED)를 감측하여 감측 신호(Si)를 만들고, 로 패스 필터(34)는 감측 신호(Si) 리플에 대해 신호 (Sidc)를 만들며, 전류(I_LED)의 평균치를 표시하고, 참고 신호 발생기(36)는 설정된 참고 신호(Sr)를 제공하고, 전류(I_LED) 평균치의 설정치를 표시한다. 오차 신호 발생기(38)는 신호(Sidc 및 Sr) 사이의 수치 차이에 따라 오차 신호(Ve)를 만 들고, 신호(Sidc)가 신호(Sr)보다 크면, 전류(I_LED)의 평균치가 설정치보다 높다는 표시이며, 그 반대이면, 전류(I_LED)의 평균치가 설정치보다 낮다는 표시이다. 컨트롤러(40)는 오차 신호(Ve)에 근거하여 전류(I_LED)의 크기를 수정하고, 전류(I_LED)의 평균치를 설정치로 유지시킨다. 단순화 파워 레벨(30)은 그 출력 단자(OUT)에 큰 필터용 전기 용량이 없기 때문에, 회로 사이즈와 비용을 감소시킬 수 있다. 비록 로 패스 필터(34)에 감측 신호(Si)를 필터할 전기 용량이 필요하지만, 고전압 부속품이 아닌 작은 전기 용량만 필요할 뿐으로서, 도 1의 출력 전기 용량(Cout)과 비교해 보면, 그 비용은 거의 미미한 수준이다. 이 회로의 또 다른 특징은 전류(I_LED)의 평균치가 변동되면, 컨트롤러(40)가 직접 전류(I_LED)의 리플 상하 한계를 제어하는 것이다. 예를 들어, 전류(I_LED)의 상승 속도가 증가되면 컨트롤러(40)가 전류(I_LED)의 최고 상승치를 높이고, 전류(I_LED)의 상승 속도가 느려지면, 컨트롤러(40)가 전류(I_LED)의 최고 상승치를 낮추기 때문에, 전류(I_LED)의 평균치를 안정시킬 수 있다. 다른 실시예 중에서도, 로 패스 필터(34)를 오차 신호 발생기(38)와 컨트롤러(40) 사이로 이동시켜서, 먼저 오차 신호 발생기(38)를 감측 신호(Si)와 참고 신호(Sr)와 비교하고, 그 출력은 다시 로 패스 필터(34)를 통해 필터하여 오차 신호(Ve)를 만든다. 또한 반응 대역폭이 낮은 오차 신호 발생기(38)도 선택할 수 있으며, 동시에 로 패스 필터 기능을 가질 수 있게 한다. 다른 실시예 중에서, 전류 감측기(32)의 감측 위치는 절점(A), LED 경로 상의 어떠한 위치나 또는 LED 경로 이외에 전류(I_LED)의 크기와 상관이 있는 어떠한 위치로부터 변경될 수 있다.

도 8은 역상 구조의 LED 구동기로서, 그 중 단순화 파워 레벨(30)의 출력 전압은 상대적으로 저압 단자이며, 절점(B) 접지 또는 전원(Vin)과의 연결, LED1-LED3 및 그 통과 전류(I_LED)의 방향은 도 7의 실시예와는 반대이며, 그 나머지 배치와 원리는 도 7의 실시예와 상동이다. 로 패스 필터(34)도 오차 신호 발생기(38)와 컨트롤러(40) 사이로 이동될 수 있다.

다음은 더욱 상세한 회로로서 변환식 단순화 파워 레벨을 통해 본 발명을 실시한 여러 내용으로, 변환식의 단순화 파워 레벨은 최소 한 개의 파워 스위치를 가지며, 제어 신호(DT)가 변환되면서 전류(I_LED)를 조절한다.

도 9 내지 14는 도 7의 단순화 파워 레벨(30)에 적용된 몇 개의 실시예이다. 도 9가 나타내는 것은 동시성 강압식 구조의 파워 레벨로서, 파워 스위치(SW1과 SW2)가 전원(Vin)과 접지 터미널(GND) 사이에 직렬 연결되어 있고, 인덕턴스(L)가 상절점(LX)과 출력 단자(OUT) 사이에 연결되는 것을 포함하며, 제어 신호(DT)는 PWM 신호나 PFM 신호로, 파워 스위치(SW1과 SW2)의 변환에 사용된다. 도 10이 나타내는 것은 비동시성 강압식 구조의 파워 레벨로서, 파워 스위치(SW)와 다이오드(D)가 전원(Vin)과 접지 터미널(GND) 사이에 직렬 연결되어 있고, 인덕턴스(L)는 상절점(LX)과 출력 단자(OUT) 사이에 연결되는 것을 포함하며, 제어 신호(DT)는 PWM 신호나 PFM 신호로, 파워 스위치(SW)의 변환에 사용된다. 도 11이 나타내는 것은 비동시성 승압식 구조의 파워 레벨로서, 인덕턴스(L)와 파워 스위치(SW)가 전원(Vin) 과 접지 터미널(GND) 사이에 직렬 연결되고, 출력(OUT)은 직접 상절점(LX)으로부터 나오며, 제어 신호(DT)는 PWM 신호나 PFM 신호로서, 파워 스위치(SW)의 변환에 사용된다. 기존의 비동시성 승압식 구조의 파워 레벨 중에서 상절점(LX)과 출력 단자(OUT) 사이에는 정류 다이오드가 있었으나, 여기에서는 출력 단자(OUT)가 LED1에 연결되기 때문에, LED1을 정류 다이오드로 삼을 수 있어 하나의 다이오드를 절약할 수 있다. 도 12가 나타내는 것은 동시성 승강압식 구조의 파워 레벨로서, 파워 스위치(SW1과 SW2)가 전원(Vin)과 접지 터미널(GND) 사이에 직렬 연결되어 있으며, 인덕턴스(L)는 상절점(LX)과 출력 단자(OUT) 사이에 연결되고, 파워 스위치(SW3)는 출력 단자(OUT)와 접지 터미널(GND) 사이에 연결되어 있는 것을 포함하며, 제어 신호(DT)는 PWM 신호 또는 PFM 신호로서, 파워 스위치(SW1과 SW2, SW3)의 변환에 사용된다. 도 13이 나타내는 것은 비동시성 승강압식 구조의 파워 레벨로서, 파워 스위치(SW1)와 다이오드(D)가 전원(Vin)과 접지 터미널(GND) 사이에 직렬 연결되어 있으며, 인덕턴스(L)는 상절점(LX)과 출력 단자(OUT) 사이에 연결되고, 파워 스위치(SW2)는 출력 단자(OUT)와 접지 터미널(GND) 사이에 연결되는 것을 포함하며, 제어 신호(DT)는 PWM 신호나 PFM 신호로서, 파워 스위치(SW1과 SW2)의 변환에 사용된다. 도 14가 나타내는 것은 플라이백 방식 구조의 파워 레벨로서, 그 변압기(TX)의 1차 측선권(TXp)과 파워 스위치(SW)는 전원(Vin)과 접지 터미널(GND) 사이에 직렬 연결되고, 변압기(TX)의 2차 측선권(TXs)은 출력 단자(OUT)로 가서 연결되며, 제어 신호(DT)는 PWM 신호나 PFM 신호로, 파워 스위치(SW)의 변환에 사용된다. 기존의 플라이백 방식 구조의 파워 레벨 중에서 2차 측선권(TXs)과 출력 단자(OUT) 사이에 는 정류 다이오드가 있었으나, 여기에서는 출력 단자(OUT)가 LED1에 연결되기 때문에, LED1을 정류 다이오드로 삼을 수 있어 하나의 다이오드를 절약할 수 있다.

도 15는 도 8의 단순화 파워 레벨(30)에 적용된 실시예를 나타내며, 파워 스위치(SW)와 인덕턴스(L)가 전원(Vin)과 접지 터미널(GND) 사이에 직렬 연결되어 있고, 출력(OUT)은 직접 상절점(LX)으로부터 나오는 것을 포함하며, 제어 신호(DT)는 PWM 신호나 PFM 신호로서, 파워 스위치(SW)의 변환에 사용된다. 기존의 역상 구조 파워 레벨 중에서는, 상절점(LX)과 출력 단자(OUT) 사이에 파워 스위치나 다이오드가 있었으나, 여기에서는 출력 단자(OUT)가 LED1에 연결되기 때문에, 하나의 파워 스위치나 다이오드를 절약할 수 있다.

위에서 예시한 단순화 파워 레벨은 기존의 파워 레벨과 상동인 조작 원리를 가지고 있으나, 출력 단자(OUT) 위에 필터용의 큰 전기 용량이 없기 때문에, 회로가 비교적 작고, 비용이 비교적 낮아지게 된다.

위의 실시예에서 보는 바와 같이, 본 발명의 LED 구동기는 거의 모든 유형의 파워 레벨 구조에 사용될 수 있다.

도 16 내지 19는 도 7이나 도 8의 컨트롤러(40)의 몇 개의 실시예이다. 도 16 좌측의 PWM 회로에서 보는 바와 같이, 이 실시예는 비교기(COMP)를 사용해 오차 신호(Ve)와 신호(Ss)를 비교하여 펄스 폭 변조 신호(DT)를 만들어, 전류(I_LED)의 리플을 제어하고, 나아가 전류(I_LED)의 평균치를 안정시킨다. 신호(Ss)는 발진 신호로서 피드백 신호나 경사 신호의 부하라 할 수 있다. 만약 신호(Ss)가 피드백 신호를 부하하면, 전류(I_LED)의 교류 성분 정보를 포함하여, 전류 감측기를 사용해 전류(I_LED)를 감측하며 만들고, 이 전류 감측기는 전류 감측기(32)와 상동이거나 또는 유사한 장치를 사용할 수 있으나, 그 감측 위치는 전류 감측기(32)의 감측 위치와 상동이거나 다를 수 있다. 만약 신호(Ss)가 경사 신호라면, 발진기에서 제공할 수 있다. 도 16의 우측 역시 PWM 회로의 파형도를 표시하고 있는데, 일반적인 PWM 제어와 마찬가지라면, 신호(Ss)가 신호(Ve)보다 낮은 기간은 PWM 신호(DT)의 작업 시간(Ton)이고, 신호(Ss)가 신호(Ve)보다 높은 기간은 PWM 신호(DT)의 비작업 기간(Toff)으로서, PWM 신호(DT)의 작업 시간(Ton)이나 비작업 시간(Toff)은 전류(I_LED)의 리플과 직류 위치를 결정한다. 전류(I_LED)의 평균치가 변동되어 오차 신호(Ve)의 위치 변화를 초래하면, PWM 신호(DT)의 작업 시간(Ton)이나 비작업 시간(Toff)의 변화를 조성하게 되고, 나아가 전류(I_LED)의 리플과 직류 위치를 변화시키게 되기 때문에, 전류(I_LED)의 평균치를 안정시키게 된다. 도 17은 이력 현상 모식 조절 회로 및 그 파형도이다. 이러한 종류의 조절 제어 중에서 신호 변조기(42)는 오차 신호(Ve)에 따라 내정된 전류 제한 신호(CLo)를 변조시켜 최종 전류 제한 신호를 만든다.

CL=a×CLo+b×Ve [EQ-1]

그 중 a는 0보다 큰 상수이고, b는 0보다 크거나 0보다 작은 상수이다. 공식 EQ-1은 하나의 실시예일 뿐으로서, 기타 변조 함수 역시 가능하다. 이력 현상 비교 기(HYSCOMP)는 내정된 이력 현상 계수 Hys를 가지며, 그로부터 또 다른 전류 제한 신호(CL-Hys)를 결정한다. 이력 현상 계수 Hys는 이력 현상 대역폭의 크기를 대표한다. 신호(Ss)는 전류 제한 신호(CL, CL-Hys)과 비교하여 제어 신호(DT)를 만든다. 신호(Ss)가 CL-Hys에서 CL까지 상승하는 기간이 제어 신호(DT)의 작업 시간(Ton)이며, 신호(Ss)가 CL로부터 CL-Hys까지 하강하는 기간이 제어 신호(DT)의 비작업 시간(Toff)이다. 전류(I_LED)의 평균치가 변동되면 오차 신호(Ve)도 따라서 변경되므로, 최종 전류 제한 신호(CL)도 역시 따라서 변경되기 때문에, 전류(I_LED)의 리플과 직류 위치를 조절할 수 있다. 다른 실시예 중에서, 신호(Ss)의 이력 현상 모식 조절 중에서의 상하 한계는 다른 설정을 선택할 수 있다. 예를 들어, 도 17 아랫쪽의 두 가지 변화한 실시예를 보면, 좌측의 파형도는 그 전류 제한 신호가 CL+Hys와 CL이나, 우측의 파형도는 그 전류 제한 신호가 CL+Hys x [n/(m+n)]와 CL-Hys×[m/(m+n)]임을 나타내는데, m과 n은 이력 현상 대 중심치의 계수 조정에 사용된다. 도 18은 지연 모식 조절 회로 및 그 파형도로서, 신호 변조기(42)를 사용해 오차 신호(Ve) 및 설정된 전류 제한 신호(CLo)에 따라 최종 전류 제한 신호(CL)를 만들고, 지연 비교기(TDCOMP)는 신호(CL 및 Ss)를 비교하여 제어 신호(DT)를 만든다. 신호 변조기(42)의 변조 함수는 공식 EQ-1이나 기타 함수와 같으며, 신호(Ss)가 위로 향해 CL을 지나가면, 지연 시간(Td1), 제어 신호(DT)는 비작업 시간(Toff)를 시작하고, 신호(Ss)가 아래로 향해 CL을 지나가면, 지연 시간(Td2), 제어 신호(DT)는 작업 시간(Ton)으로 바뀌게 된다. 지연 시간(Td1과 Td2)는 지연 비교 기(TDCOMP)의 설정된 계수에 따라 결정된다. 최종 전류 제한 신호(CL)는 오차 신호(Ve)를 따라 변화되므로, 전류(I_LED)의 평균치가 변동되면, 최종 전류 제한 신호(CL)도 따라서 변경되며, 나아가 전류(I_LED)의 리플과 직류 위치도 조절되어, 전류(I_LED)의 평균치를 안정시키게 된다. 어떤 실시예 중에서는 지연 시간(Td1이나 Td2)가 0으로서, 고정적인 비작업 시간 모식이나 고정적인 작업 시간 모식을 실현시킨다. 도 19는 다시 컨트롤러(40)의 실시예를 나타내는데, 신호 변조기(42)를 사용하여 설정된 전류 제한 신호(CLo) 및 오차 신호(Ve)에 따라 두 개의 최종 전류 제한 신호(VCL1과 VCL2)를 만들어, 각각 두 개의 비교기(COMP1과 COMP2)에 제공한 후, 신호(Ss)와 비교하여 신호(Sc1과 Sc2)를 만들어 플립플롭(44)의 리세트 단자(R)와 설정 단자(S)에 제공하여, 제어 신호(DT)를 결정하도록 한다. 도 19 우측의 파형도에서 보듯이, 신호(Ss)가 VCL1까지 상승되면, 비교기(COMP1)의 출력(Sc1)이 플립플롭(44)을 리세트시키기 때문에, 제어 신호(DT)가 비작업 시간(Toff)에 진입하게 된다. 신호(Ss)가 VCL2까지 하강하면, 비교기(COMP2)의 출력(Sc2)이 플립플롭(44)을 설정하기 때문에, 제어 신호(DT)는 비작업 시간(Ton)에 진입하게 된다. 최종 전류 제한 신호(VCL1 및 VCL2)가 오차 신호(Ve)를 따라 변화하므로, 전류(I_LED)의 평균치가 변동되면, 최종 전류 제한 신호(VCL1 및 VCL2)도 역시 따라서 변화되면서 전류(I_LED)의 리플과 직류 위치를 조절하며, 나아가 전류(I_LED)의 평균치를 안정시킨다.

도면 16 내지 19의 회로는 각자 단독으로 컨트롤러(40)를 실현시킬 수 있을 뿐아니라, 그 결합을 변화된 컨트롤러(40)로 설계할 수 있다.

도면 20 내지 22는 오차 신호 발생기(38)의 몇 가지 실시예이다, 도 20에서 오차 증폭기(EA)는 신호(Sidc와 Sr) 사이의 수치 차이를 증폭하여 오차 신호(Ve)를 만든다. 도 21은 바로 보상기(46)를 진일보 사용하여 오차 증폭기(EA)의 출력을 보상하여 오차 신호(Ve)의 안정성을 증가시킨 것이다. 도 22의 트랜스 컨덕턴스 증폭기(GM)는 신호(Sidc와 Sr) 사이의 수치 차이에 따라 전류(Igm)를 만들어 전기 용량(C1)의 충, 방전에 대해 오차 신호(Ve)를 만든다. 기타 실시예 중에서도 전류 출력 비교기를 이용하여 도 22 중의 트랜스 컨덕턴스 증폭기(GM)를 대체할 수 있다.

도 23 내지 25는 전류 감측기(32)의 몇 가지 실시예이다. 도 23은 절점(B)과 접지 터미널(GND) 사이에 감측 전기 저항(Rsense)을 삽입하여, 전류(I_LED)가 전기 저항(Rsense)을 통과하여 만드는 크로스 압력이 바로 전류 감측 신호(Si)이다. 앞에서 설명한 바와 같이, 전류 감측기(32)의 감측 위치는 기타 위치를 선택할 수 있으며, 도 24는 감측 전기 저항(Rsense)을 절점(A)과 단순화 파워 레벨(30) 사이에 연결시켜서, 전류(I_LED)가 전기 저항(Rsense)을 통과해서 만드는 크로스 압력이 바로 전류 감측 신호(Si)이며, 또한 단순화 파워 레벨(30)로부터 전류(I_LED)를 감측할 수 있다. 도 25는 도 9의 단순화 파워 레벨을 나타내는데, 전류 감측기(32)는 인덕턴스(L)와 병렬 연결된 전기 용량(C1) 및 전기 저항(R1)을 포함하며, 전기 용량(C1) 상의 크로스 압력은 바로 전류 감측 신호(Si)이다. 전류 감측은 이미 상당 히 발전한 기술로서, 도 23 내지 25의 회로를 제외해도, 기타 전류 감측을 실현할 수 있는 회로는 많다.

이력 현상 모식 조절 제어를 사용할 때, 예를 들어 도 17의 회로에서는 하나의 조절 회로를 증가시켜 제어 신호(DT)의 변환 주파수를 고정치로 조절할 수 있다. 도 26의 주파수 조절 회로의 실시예는 주파수 전압 전환기(48)를 포함한 제어 신호(DT)의 변환 주파수 f_DT를 전압 V(f_DT)로 전환하며, 이력 현상 조절기(50)는 전압 V(f_DT)에 따라, 변조 신호(S_Hys)를 생성하여, 변조 이력 현상 비교기(HYSCOMP)의 이력 현상 계수 Hys로 조절하여, 조절 신호(DT)의 전환 주파수 f_DT를 고정시킨다. 예를 들어, 제어 신호(DT)의 전환 주파수 f_DT가 증가시, 이력 현상 계수 Hys는 증가되며, 반대인 경우는 이력 현상 Hys가 감소된다. 각 다른 실시예 중 도 26은 주파수 조절 회로를 이용해 제어 신호(DT)의 전환 주파수 변화를 부분적으로 수정하여, 제어 신호(DT)의 전환 주파수 변화를 일정 범위 내로 한정할 수 있음을 보여 준다. 도 27은 도 26 중의 주파수 전압 전환기(48)의 회로 실시예를 보여 주는 것으로서, 전하 펌프, 제어 신호(DT)가 파워 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4) 등을 전환하여, 참고 전압 Vref를 전압 V(f_DT)로 전환시킨다. 제어 신호(DT)의 전환 주파수 f_DT가 비교적 높을 경우에는 파워 스위치(SW1-SW4)의 전환도 비교적 빠르기 때문에 전기 용량(C2) 상의 전압 V(f_DT)도 비교적 높게 된다.

지연 모식 조절 회로를 사용할 때, 예를 들어 도 18의 회로에서도, 하나의 조절 회로를 증가시켜서 제어 신호(DT)의 변환 주파수를 고정치로 조절할 수 있다. 도 28에서 보는 바와 같이, 주파수 전압 전환기(48)는 제어 신호(DT)의 변환 주파수(f_DT)를 전압(V(f_DT))으로 전환시키고, 지연 변조기(52)는 전압 V(f_DT)에 따라 변조 신호(S_Td)를 만들어 지연 비교기(TDCOMP)의 지연 시간(Td1과 Td2)을 변조시켜서, 제어 신호(DT)의 변환 주파수 f_DT를 고정으로 유지하게 하거나, 제어 신호(DT)의 변환 주파수 변화를 부분 수정하여 어떤 범위 중에서 제한되도록 한다.

도 29와 도 30은 도 17과 도 18의 신호 변조기(42)의 실시예이다. 도 29는 상수 a와 b가 모두 0보다 크게 설계된 회로로서, 그 중 트랜지스터(M1), 연산 증폭기(OPA1)와 전기 저항(R/a)으로 구성된 회로는 전압(CLo)을 전류로 전환시킨다.

I1=a×CLo/R [EQ-2]

트랜지스터(M2), 연산 증폭기(OPA2)와 전기 저항(R/b)으로 구성된 회로는 전압(Ve)을 전류로 전환시킨다.

I2=b×Ve/R [EQ-3]

트랜지스터(M3과 M4)로 구성된 전류 거울이 전류를 발산한다.

I3=I1+I2 [EQ-4]

전류(I3)는 전기 저항(R) 위에 크로스 압력을 만든다

CL=(I1+I2)×R

=a×CLo+b×Ve [EQ-5]

도 30은 상수 a가 0보가 크고 b는 0보다 작게 설계된 회로로서, 그 중 트랜 지스터(M1), 연산 증폭기(OPA1)와 전기 저항(R/a)으로 구성된 회로는 전압(CLo)을 공식 EQ-2와 같이 전류(I1)로 변환시키고, 트랜지스터(M2), 연산 증폭기(OPA2)와 전기 저항(R/|b|)으로 구성된 회로는 전압(Ve)을 전류로 변환시킨다.

I2=|b|×Ve/R [EQ-6]

트랜지스터(M3과 M4)로 구성된 전류 거울은 전류를 발산한다.

I2+I3=I1 [EQ-7]

그러므로

I3=I1-I2 [EQ-8]

전류(I3)는 전기 저항(R)에서 크로스 압력을 만든다.

CL=(I1-I2)×R

=a×CLo+b×Ve [EQ-9]

두 개의 도 29나 도 30의 예시 회로를 조합하면 두 개의 최종 전류 제한 신호(CL1과 CL2)를 제공할 수 있으며, 도 19의 신호 조절 변조기(42)가 된다.

이상 본 발명의 비교적 우수한 실시예와 본문의 설명은 본 발명의 정신을 쉽게 설명하기 위해 비록 하나의 LED 경로로 예를 든 것이나, 기존 기술 중의 각종 전류 분류 기술은 전류를 특정한 비율에 따라 여러 경로로 나누어서, 예를 들면, 정합 부속이나 균일한 전기 저항을 각 평행 경로에 직렬 연결하여 전류 분류를 실행하였으므로, 본 발명의 방법에 전류 분류 기술을 더함으로써 여러 LED 경로를 구동하고자 하는 것 또한 역시 본 발명의 범주에 속하게 된다.

도 1은 RT 9271 제품 설명서의 응용예이다;

도 2는 AMC7150 제품 설명서의 응용예이다;

도 3은 HV 9910 제품 설명서의 응용예이다;

도 4는 도면 2와 3의 LED 구동기의 조작 원리 설명이다;

도 5는 승압 구조의 LED 구동기이다;

도 6은 도면 5의 LED 구동기의 인덕턴스 전류 변화이다;

도 7은 본 발명에 근거한 비반전 구조의 LED 구동기이다;

도 8은 본 발명에 근거한 역상 구조의 LED 구동기이다;

도 9는 동시성 강압식 구조의 단순화 파워 레벨이다;

도 10은 비동시성 강압식 구조의 단순화 파워 레벨이다;

도 11은 비동시성 승압식 구조의 단순화 파워 레벨이다;

도 12는 동시성 승강압식 구조의 단순화 파워 레벨이다;

도 13은 비동시성 승강압식 구조의 단순화 파워 레벨이다;

도 14는 플라이백 방식 구조의 단순화 파워 레벨이다;

도 15는 역상 구조의 단순화 파워 레벨이다;

도 16은 펄스 폭 변조 회로이다;

도 17은 이력 현상 모식 조절 회로이다;

도 18은 지연 모식 조절 회로이다;

도 19는 펄스 폭 변조 회로이다;

도 20은 오차 신호 발생기의 제 1 실시예이다;

도 21은 오차 신호 발생기의 제 2 실시예이다;

도 22는 오차 신호 발생기의 제 3 실시예이다;

도 23은 전류 감측기의 제 1 실시예이다;

도 24는 전류 감측기의 제 2 실시예이다;

도 25는 전류 감측기의 제 3 실시예이다;

도 26은 주파수 조절 회로이다;

도 27은 주파수 전압 전환기이다;

도 28은 주파수 조절 회로이다;

도 29는 신호 변조기의 제 1 실시예이다 ; 및

도 30은 신호 변조기의 제 2 실시예이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10-14 컨트롤러 칩

16 LED 전류의 파형

18 인덕턴스 전류의 상승 파형

20 인덕턴스 전류의 상승 파형

30 단순화 파워 레벨

32 전류 감측기

34 로 패스 필터

36 참고 신호 발생기

38 오차 신호 발생기

40 컨트롤러

42 신호 변조기

44 플립플롭

46 보상기

48 주파수 전압 전환기

50 이력 현상 변조기

52 지연 변조기

Claims

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일종의 출력 단자 전기 용량기를 생략할 수 있는 LED 구동기에 있어서,

LED 경로와 연결되고, 리플(ripple) 성분과 직류 성분을 포함하는 LED 전류를 상기 LED 경로에 제공하는 출력 단자;

상기 LED 경로와 연결되고, 상기 LED 전류로 표시되는 제 1 신호의 취득에 사용되는 제 1 회로;

상기 제1 회로와 연결되고, 상기 제 1 신호를 처리하여 상기 제 1 신호의 직류 성분인 제 2 신호를 발생시키는 제 2 회로;

상기 출력 단자와 연결되고, 상기 제 2 신호에 맞추기 위해 상기 LED 전류를 조절하는 파워 스테이지;

상기 LED 전류의 평균치의 설정치를 표시하는 제 3 신호를 제공하는 참고 신호 발생기;

상기 제2 회로 및 상기 참고 신호 발생기와 연결되고, 상기 제 2 및 제 3 신호 사이의 수치 차이에 근거해 오차 신호를 만드는 오차 신호 발생기; 및

상기 오차 신호 발생기 및 상기 파워 스테이지와 연결되고, 상기 오차 신호 발생기에 의해 생성된 상기 오차 신호에 따라 제어 신호를 만들어 상기 파워 스테이지에 제공하여 상기 LED 전류를 조절하는 컨트롤러를 포함하되,

상기 컨트롤러는,

상기 오차 신호에 따라 설정된 전류 제한 신호를 변조하여 2개의 최종 전류 제한 신호를 만드는 신호 변조기;

상기 2개의 최종 전류 제한 신호와, 발진기 또는 상기 제1 회로가 포함한 전류 감측기로부터 생성된 신호를 각각 비교하여 리세트 신호와 설정 신호를 만드는 두 개의 비교기; 및

상기 리세트 신호와 설정 신호에 따라 상기 제어 신호를 만드는 논리 회로를 포함하는, LED 구동기.
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일종의 출력 단자 전기 용량기를 생략할 수 있는 LED 구동기에 있어서,

LED 경로와 연결되고, 리플(ripple) 성분과 직류 성분을 포함하는 LED 전류를 상기 LED 경로에 제공하는 출력 단자;

상기 LED 경로와 연결되고, 상기 LED 전류로 표시되는 제 1 신호의 취득에 사용되는 제 1 회로;

상기 제1 회로와 연결되고, 상기 제 1 신호를 처리하여 상기 제 1 신호의 직류 성분인 제 2 신호를 발생시키는 제 2 회로;

상기 출력 단자와 연결되고, 상기 제 2 신호에 맞추기 위해 상기 LED 전류를 조절하는 파워 스테이지; 및

상기 제 2 회로 및 상기 파워 스테이지와 연결된 컨트롤러를 포함하되,

상기 컨트롤러는,

상기 제 2 신호에 따라 제어 신호를 만들어 상기 파워 스테이지에 제공함으로써 상기 LED 전류를 조절하고,

상기 제 2 신호에 따라 설정된 전류 제한 신호를 변조하여 2개의 최종 전류 제한 신호를 만드는 신호 변조기;

상기 2개의 최종 전류 제한 신호와, 발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호를 각각 비교하여 리세트 신호와 설정 신호를 만드는 2개의 비교기; 및

상기 리세트 신호와 설정 신호에 따라 상기 제어 신호를 만드는 논리 회로를 포함하는, LED 구동기.
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일종의 출력 전자 단자 전기 용량기를 생략할 수 있는 LED 구동기의 제어 방법에 있어서,

LED 전류를 LED 경로에 제공하는 단계;

상기 LED 경로로부터 교직류 성분을 포함하는 제 1 신호를 축출하는 단계;

상기 제 1 신호를 처리하여 상기 제 1 신호의 직류 성분인 제 2 신호를 만드는 단계; 및

상기 제 2 신호에 따라 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 단계를 포함하되,

상기 제 2 신호에 따라 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 단계는,

상기 제 2 신호와, 상기 LED 전류의 평균치에 대한 참고 신호 사이의 수치 차이에 따라 오차 신호를 만드는 것; 및

상기 오차 신호에 따라 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 것을 포함하며,

상기 오차 신호에 따라 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 단계는, 상기 오차 신호에 따라 제어 신호를 만들어 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 것을 포함하며,

상기 오차 신호에 따라 제어 신호를 만드는 단계는,

상기 오차 신호에 따라 설정된 전류 제한 신호를 변조하여 최종 전류 제한 신호를 만드는 것; 및

발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호와 상기 최종 전류 제한 신호를 비교하여 상기 제어 신호를 만들고, 상기 발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호가 상기 최종 전류 제한 신호를 초과하여 증가한 후 제 1 기간을 지연하면, 상기 제어 신호는 비작업 상태로 전환되고, 상기 발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호가 상기 최종 전류 제한 신호 미만으로 감소한 후 제 2 기간을 지연하면, 상기 제어 신호는 작업 상태로 전환되는 것을 포함하는, LED 구동기의 제어 방법.
청구항 29에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 지연 시간은 0인, LED 구동기의 제어 방법.
청구항 29에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 지연 시간을 변조하는 것을 포함하는, LED 구동기의 제어 방법.
청구항 31에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 지연 시간은 변조되어 상기 제어 신호가 하나의 고정적인 변환 주파수를 가지게 하는, LED 구동기의 제어 방법.
일종의 출력 전자 단자 전기 용량기를 생략할 수 있는 LED 구동기의 제어 방법에 있어서,

LED 전류를 LED 경로에 제공하는 단계;

상기 LED 경로로부터 교직류 성분을 포함하는 제 1 신호를 축출하는 단계;

상기 제 1 신호를 처리하여 상기 제 1 신호의 직류 성분인 제 2 신호를 만드는 단계; 및

상기 제 2 신호에 따라 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 단계를 포함하되,

상기 제 2 신호에 따라 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 단계는,

상기 제 2 신호와, 상기 LED 전류의 평균치에 대한 참고 신호 사이의 수치 차이에 따라 오차 신호를 만드는 것; 및

상기 오차 신호에 따라 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 것을 포함하며,

상기 오차 신호에 따라 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 단계는, 상기 오차 신호에 따라 제어 신호를 만들어 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 것을 포함하며,

상기 오차 신호에 따라 제어 신호를 만드는 단계는,

상기 오차 신호에 따라 설정된 전류 제한 신호를 변조하여 제 1 최종 전류 제한 신호 및 제 2 최종 전류 제한 신호를 만드는 것; 및

발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호와 상기 제 1 및 제 2 최종 전류 제한 신호를 비교하여, 상기 발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호가 상기 제 1 최종 전류 제한 신호까지 상승되면, 상기 제어 신호는 비작업 상태로 전환되며, 상기 발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호가 상기 제 2 최종 전류 제한 신호까지 하강되면, 상기 제어 신호는 작업 상태로 전환되는 것을 포함하는, LED 구동기의 제어 방법.
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일종의 출력 전자 단자 전기 용량기를 생략할 수 있는 LED 구동기의 제어 방법에 있어서,

LED 전류를 LED 경로에 제공하는 단계;

상기 LED 경로로부터 교직류 성분을 포함하는 제 1 신호를 축출하는 단계;

상기 제 1 신호를 처리하여 상기 제 1 신호의 직류 성분인 제 2 신호를 만드는 단계; 및

상기 제 2 신호에 따라 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 단계를 포함하되,

상기 제 2 신호에 따라 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 단계는, 상기 제 2 신호에 따라 제어 신호를 만들어서 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 것을 포함하고,

상기 제 2 신호에 따라 제어 신호를 만드는 단계는,

상기 제 2 신호에 따라 설정된 전류 제한 신호를 변조하여 최종 전류 제한 신호를 만드는 것; 및

발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호와 상기 최종 전류 제한 신호를 비교하여 상기 제어 신호를 만들고, 상기 발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호가 상기 최종 전류 제한 신호를 초과하여 증가한 후 제 1 기간을 지연하면, 상기 제어 신호는 비작업 상태로 전환되고, 상기 발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호가 상기 최종 전류 제한 신호 미만으로 감소한 후 제 2 기간을 지연하면, 상기 제어 신호는 작업 상태로 전환되는 것을 포함하는, LED 구동기의 제어 방법.
청구항 40에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 지연 시간은 0인, LED 구동기의 제어 방법.
청구항 40에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 지연 시간을 변조하는 것을 포함하는, LED 구동기의 제어 방법.
청구항 42에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 지연 시간은 변조되어 상기 제어 신호가 하나의 고정된 변환 주파수를 가지게 하는, LED 구동기의 제어 방법.
일종의 출력 전자 단자 전기 용량기를 생략할 수 있는 LED 구동기의 제어 방법에 있어서,

LED 전류를 LED 경로에 제공하는 단계;

상기 LED 경로로부터 교직류 성분을 포함하는 제 1 신호를 축출하는 단계;

상기 제 1 신호를 처리하여 상기 제 1 신호의 직류 성분인 제 2 신호를 만드는 단계; 및

상기 제 2 신호에 따라 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 단계를 포함하되,

상기 제 2 신호에 따라 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 단계는, 상기 제 2 신호에 따라 제어 신호를 만들어서 상기 LED 전류의 평균치를 조절하는 것을 포함하고,

상기 제 2 신호에 따라 제어 신호를 만드는 단계는,

상기 제 2 신호에 따라 설정된 전류 제한 신호를 변조하여 제 1 최종 전류 제한 신호 및 제 2 최종 전류 제한 신호를 만드는 것; 및

발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호와 상기 제 1 및 제 2 최종 전류 제한 신호를 비교하여 상기 제어 신호를 결정하고, 상기 발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호가 상기 제 1 최종 전류 제한 신호까지 상승되면, 상기 제어 신호는 비작업 상태로 전환되고, 상기 발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호가 상기 제 2 최종 전류 제한 신호까지 하강되면, 상기 제어 신호는 작업 상태로 전환되는 것을 포함하는, LED 구동기의 제어 방법.
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일종의 LED 장치에 있어서,

그 위에는 최소 하나의 LED를 포함하는 LED 경로;

리플(ripple) 성분과 직류 성분을 포함하는 LED 전류를 상기 LED 경로에 제공하는 파워 스테이지; 및

상기 LED 경로와 연결되고, 상기 LED 전류의 상기 직류 성분 정보를 취득하며, 또한 상기 파워 스테이지를 제어하여 상기 LED 전류를 조절하는, 피드백 회로를 포함하되,

상기 피드백 회로는,

상기 LED 전류로 표시되는 제 1 신호를 취득하는 제 1 회로; 및

상기 제 1 신호를 처리하여 상기 제 1 신호의 직류 성분을 표시하는 제2 신호를 만드는 제 2 회로;

상기 LED 전류의 평균치에 대한 설정치를 표시하는 제 3 신호를 제공하며, 상기 LED 전류 평균치의 설정치를 표시하는 참고 신호 발생기;

상기 제 2 및 제 3 신호 사이의 수치 차이에 따라 오차 신호를 만드는 오차 신호 발생기; 및

상기 오차 신호에 따라 제어 신호를 만들어 상기 파워 스테이지에 제공함으로써 상기 LED 전류를 조절하는 컨트롤러를 포함하며,

상기 컨트롤러는,

상기 오차 신호에 따라 설정된 전류 제한 신호를 변조하여 2개의 최종 전류 제한 신호를 만드는 신호 변조기;

상기 2개의 최종 전류 제한 신호와 발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호를 각각 비교하여 리세트 신호와 설정 신호를 만드는 2개의 비교기; 및

상기 리세트 신호와 설정 신호에 따라 상기 제어 신호를 만드는 논리 회로를 포함하는, LED 장치.
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일종의 LED 장치에 있어서,

그 위에는 최소 하나의 LED를 포함하는 LED 경로;

리플(ripple) 성분과 직류 성분을 포함하는 LED 전류를 상기 LED 경로에 제공하는 파워 스테이지; 및

상기 LED 경로와 연결되고, 상기 LED 전류의 상기 직류 성분 정보를 취득하며, 또한 상기 파워 스테이지를 제어하여 상기 LED 전류를 조절하는, 피드백 회로를 포함하되,

상기 피드백 회로는,

상기 LED 전류로 표시되는 제 1 신호를 취득하는 제 1 회로; 및

상기 제 1 신호를 처리하여 상기 제 1 신호의 직류 성분을 표시하는 제2 신호를 만드는 제 2 회로를 포함하고,

상기 제 2 회로 및 상기 파워 스테이지와 연결된 컨트롤러를 더 포함하되,

상기 컨트롤러는,

상기 제 2 신호에 따라 제어 신호를 만들고 상기 파워 스테이지에 제공하여 LED 전류를 조절하고,

상기 제 2 신호에 따라 설정된 전류 제한 신호를 변조하여 2개의 최종 전류 제한 신호를 만드는 신호 변조기;

상기 2개의 최종 전류 제한 신호와, 발진기 또는 전류 감측기로부터 생성된 신호를 각각 비교하여 리세트 신호와 설정 신호를 만드는 2개의 비교기; 및

상기 리세트 신호와 설정 신호에 따라 상기 제어 신호를 만드는 논리 회로를 포함하는, LED 장치.