KR101159931B1 - 전기 부하 작동을 위한 전력 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

전류원(1) 및 전기적 부하(3)의 접속을 위한 수단(2)을 포함하는 적어도 하나의 가지가 있는 전류원 장치가 특정되고 개시된다. 다운스트림 접속된 트랜지스터(7)와 함께 비교기(5)가 상기 가지의 전압 태핑 노드(4)에 접속된다. 상기 트랜지스터(7)는 공통 신호 라인(8)에 접속되고, 차례로 DC 전압 조정기(10)의 피드백 입력에 접속된다. 상기 장치는 주어진 공통 신호 라인(8)에 임의로 택한 다른 가지들로 연장될 수 있다. 제안되는 상기 전류원 장치는 특히 조명 응용 및 디스플레이를 위한 복수개의 발광 다이오드 어레이 세그먼트들의 공급에 적합하다.

Description

전기 부하 작동을 위한 전력 공급 시스템 및 방법{POWER SUPPLY SYSTEM AND METHOD FOR THE OPERATION OF AN ELECTRICAL LOAD}
본 발명은 전류원 장치, 전류원 장치의 사용 및 전기적 부하의 작동 방법에 관한 것이다.
전류원 장치들(current source arrangements)은 예를 들어 하나 이상의 전기적 부하에 전력을 공급하는 역할을 한다.이 경우에, 예를 들어 각각의 전류원 및 각각의 할당된 부하를 포함하는 복수개의 직렬 회로들의 제공이 가능하다. 이런 방식으로 병렬적으로 접속된 가지들에 공통 공급 전압(common supply voltage)이 공급된다면, 상기 공급 전압을 조절하는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우에, 예를 들어, 각각의 전류 싱크(current sink)의 양단에서 강하된 전압을 측정하고 그 후에 그러한 전류 싱크 전압들 중에서 최소값을 결정될 수 있다. 이러한 최저 전류 싱크 전압은 목표값(setpoint value)과 비교되고 상기 공급 전압은 비교 결과에 기초하여 변화된다. 이는 상기 전류 싱크 양단에서 강하된 최소 전압이 적어도 한계치(threshold value)에 해당하도록 보장하는 것이다. 따라서, 상기 모든 전류원들은 소정의 전압 범위에서 작동한다.
본 발명의 목적은 전류원 장치과 효율이 양호한 간단한 회로 구조가 가능한 전기적 부하의 작동 방법을 특정하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 1항의 특징을 가진 전류원 장치를 수단으로 하여 상기 장치에 대해 달성된다.
상기 방법에 대하여, 상기 목적은 청구항 18항의 특징을 가진 방법을 수단으로 하여 달성된다.
각각의 경우 상기 종속항들은 제안되는 원리의 유리한 발전들에 관한 것이다.
상기 제안되는 전류원 장치는 전류원 및 거기로 접속된 전기적 부하의 접속을 위한 수단을 포함한다. 상기 전류원 및 전기적 부하의 접속을 위한 수단은 접속된 전기적 부하의 경우에 공통 전류 경로가 형성되도록 서로 접속된다. 전압 태핑 노드는 전기적 부하의 접속을 위한 수단에 결합된다. 상기 노드는 상기 전기적 부하 양단 및/또는 상기 전류원 양단에서 강하된 전압 또는 이로부터 유도된 신호가 상기 노드에서 태핑될(tapped off) 수 있도록 설정된다. 비교기(comparator)는 제 1 입력에 의해 상기 태핑 노드로 접속된다. 상기 비교기의 제 2 입력은 기준 한계치(reference threshold)를 수신하기 위해 설정된다. 상기 비교기의 출력은 트랜지스터의 제어 입력에 접속된다. 상기 트랜지스터는 신호 라인(signal line)과 기준 전위 단자(reference potential terminal) 사이에 접속된 제어 경로를 가진다. DC 전압 조정기 예를 들어, DC/DC 변환기는 입력 전압을 수신하기 위한 입력으로 구성된다. 상기 DC 전압 조정기의 출력은 상기 전기적 부하의 접속을 위한 수단에 접속된다. 상기 전압 조정기의 피드백 입력은 상기 신호 라인에 접속된다.
상기 전류원 양단에서 전압이 과도하게 낮게 강하된다면, 상기 신호 라인은 떨어지게 된다. 따라서, 상기 DC 전압 조정기의 피드백 입력도 떨어지게 된다. 이는 상기 DC 전압 조정기가 다시 상기 피드백 입력에서 정확한 피드백 전압을 얻기 위하여 그 출력 전압을 증가시켜 이를 보충하는 결과를 가진다.
전류원과 전기적 부하의 접속을 위한 수단을 포함하는 하나의 가지(branch) 이외에, 복수의 그러한 가지들이 제공되는 것 또한 가능하다는 것은 말할 것도 없다. 이런 경우에, 전기적 부하의 접속을 위한 수단 및 할당된 전류원을 포함하는 각각의 가지는 다운스트림(downstream) 접속된 트랜지스터를 지닌 각각의 비교기가 바람직하게는 할당된다. 그러나, 상기 신호 라인과 DC 전압 조정기는 모든 가지들에 공통적이다.
바람직하게는 적어도 하나 이상의 다른 전류원과 전기적 부하의 접속을 위한 적어도 하나의 이상의 다른 수단이 제공되며, 상기 수단은 상기 적어도 하나의 다른 전류원에 접속된다. 적어도 하나 이상의 다른 전압 태핑 노드는 전기적 부하의 상기 적어도 하나 이상의 다른 접속을 위한 수단에 결합된다. 상기 적어도 하나 이상의 다른 태핑 노드에 접속된 제 1 입력과 적어도 하나 이상의 다른 기준 한계치를 수신하기 위해 설정된 제 2 입력을 가진 적어도 하나 이상의 다른 비교기가 제공된다. 상기 부하 측 상의 공통 신호 라인에 접속된 적어도 하나 이상의 다른 트랜지스터가 거기로 접속된다.
상기 전류원들 중 임의의 전류원 양단에서 전압이 과도하게 낮게 강하된다면, 상기 비교기와 상기 트랜지스터를 통하여 공통 신호 라인을 떨어뜨린다. 따라서, 상기 DC 전압 조정기의 피드백 입력도 떨어지게 되며, 상기 DC 전압 조정기에 의하여 상기 피드백 입력에서 전압이 다시 원하는 목표값에 해당될 때까지 상기 공급 전압을 증가시켜 보충된다.
제안된 원리는 특히 고효율란 특징으로 구분된다. 제안되는 회로는 단순하면서도 작은 구조적 설계로 실현될 수 있다. 또한, 거의 원하는 수준으로 용이하게 연장되고, 케스케이드 되고 구성될 수 있다는 사실로 구별된다. 전기 회로를 추가할 필요 없이 원하는 수 만큼의 전류원을 상이한 반도체 칩들에 가로질러 첨가할 수 있다. 유일한 라인, 즉 여기서는 신호 라인이라고 불리는 하나만의 라인이 복수개의 전류원들 사이에 요구된다. 각각의 경우에 만약 복수개의 다른 부하 형태들, 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색(RGB) 발광 다이오드들을 구동 시키려 한다면, 상기 전류원들은 바람직하게는 공통 신호 라인이 각각의 부하 형태에 대하여 제공될 수 있도록 그룹을 지어서 배열될 수 있다.
상기 기준 한계치들은 동일 하거나 상이할 수 있다.
상기 전기적 부하들은 각각 적어도 하나의 발광 다이오드 또는 복수개의 발광 다이오드들의 직렬 회로를 포함한다.
대안으로서, 각각의 전류원 및 전기적 부하의 접속을 위한 수단을 포함하는 상기 가지들은 최소 입력 전압 선택 수단이 그러한 그룹의 태핑 노드들과 상기 비교기 사이에서 접속되도록 그룹으로 결합될 수 있다.
다른 유형의 전기적 부하들을 구동 시키려 한다면, 각각의 공통 신호 라인이 전기적 부하들의 각각의 유형에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 부하 유형들은 다른 색깔을 지닌 발광 다이오드들, 즉 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드들일 수 있다.
상기 전압 태핑 노드는 상기 전압 태핑 노드가 전류원 트랜지스터의 제어 단자에 형성되고, 상기 전류원 트랜지스터의 제어 경로가 상기 전기적 부하의 접속을 위한 수단과의 공통 전류 경로 내에 형성되도록 전기적 부하의 접속을 위한 수단에 결합될 수 있다. 이는 상기 트랜지스터 파라미터들의 제조 변동들(manufacturing fluctuations)이 발생할 경우에 좀더 신뢰할 만한 신호 태핑이 확보되기 때문에 전류원과 전기적 부하 사이의 전압 태핑보다 더 나은 우위를 가진다.
상기 비교기는 연산 증폭기(operational amplifier)를 포함할 수 있다. 비교기 및 다운스트림 접속된 트랜지스터의 결합은 상기 비교기의 입력에서 다른 입력 레벨들의 경우에, 상기 출력 레벨이 극대값(extreme value)으로 급속히 토글(toggle)되지 않고, 오히려 입력에서의 차이에 비례하는 신호가 상기 출력에 제공되도록 바람직하게 설정된다. 이는 유한 이득(finite gain)이 바람직하게 제공되는 것을 의미한다. 상기 이득은 볼트 당 암페어로 특정될 수 있다(전압 입력에 전류 출력).
상기 직류 전압 조정기는 바람직하게는 이른바 DC/DC 변환기를 포함한다. 후자는 바람직하게는 이른바 유도 강압 변환기(inductive buck converter), 승압 변환기(boost converter), 강/승압 변환기(buck/boost converter), 용량성 충전 펌프(capacitive charge pump), LDO(선형 제어기)등으로 바람직하게는 형성된다.
DC/DC 변환기의 조절 회로를 안정화 시키기 위하여 저역 필터(low-pass filter)가 바람직하게는 제공된다.
DC/DC 변환기의 출력 전압에 대한 최저 및 최고 한계들은 저항 나눔 비율들에 의해 정확히 설정될 수 있다. 그렇게 유리하게 달성될 수 있는 것은 전기적 부하가 끊어질 때라도, 상기 DC/DC 변환기의 출력에서 공급 전압은 항상 이러한 출력 전압에 대한 소정의 한계치들 내에서 유지된다는 것이다.
제안되는 원리는 바람직하게는 일반적으로 조명 응용에 적합하다. 특히, 제안되는 원리는 액정 디스플레이(LCD)의 백라이팅(backlighting)에 적합하다. 제안되는 원리는 복수개의 발광 다이오드 직렬 회로들 또는 체인들이 제공되는 그러한 조명 응용에 바람직하게는 사용될 수 있다.
상기 발명은 도면들에 관한 복수개의 대표적인 실시예들을 이용하여 하기에 상세히 설명된다.
제안되는 원리는 특히 적녹청(RGB) 또는 단색의 발광 다이오드(LED) 어레이들의 구동에 유리하다. 예를 들어, 상기 원리는 이하의 응용 분야들 즉, 전반 조명, 액정 디스플레이의 백라이팅, 액정 디스플레이-적녹청(RGB) 스크린들 및 각각이 발광 다이오드들의 직렬 회로들을 포함하는 복수개의 어레이 세그먼트들이 사용되는 임의의 원하는 조명 응용에 이용될 수 있다.
도 1은 회로 다이아그램을 기초로 하여 제안되는 원리에 따른 전류원 장치의 대표적인 실시예를 도시한다.
도 2는 회로 다이아그램을 기초로 하여 제안되는 원리에 따른 전류원 장치의 대표적인 다른 대표적인 실시예를 도시한다.
도 3은 제안되는 원리에 따른 DC 전압 조정기가 있는 배열의 대표적인 실시예를 도시한다.
도 4는 제안되는 원리에 따른 전류원 장치의 대표적인 실시예을 더 도시한다.
도 5는 제안되는 원리에 따른 전류원 장치의 다른 대표적인 실시예를 도시한다.
도 6은 다른 부하 유형들과 함께 제안되는 원리에 따른 전류원 장치의 대표적인 실시예를 도시한다.
도 7은 비교기-트랜지스터 배열의 제 1 대표적인 실시예를 도시한다.
도 8은 비교기-트랜지스터 배열의 다른 대표적인 실시예를 도시한다.
도 9는 도 1, 도 2, 도 4 내지 도 6 중 어느 하나에 따른 회로에의 사용을 위한 비교기-트랜지스터의 또 다른 대표적인 실시예를 도시한다.
도 10은 제안되는 원리에 따른 상기 전류원 트랜지스터의 제어 입력에서 형성되는 전압 태핑 노드의 대표적인 실시예를 도시한다.
도 1은 제안되는 원리에 따른 전류원 장치를 도시한다. 전류원(1)은 공통 전류 경로에 의해 전기적 부하(3)의 접속을 위한을 위한 수단(2)에 접속된다. 전압 태핑 노드(4)는 상기 전류원(1)과 상기 전기적 부하(3) 사이에 형성된다. 상기 전압 태핑 노드(4)는 비교기(5)의 반전 입력단자에 접속된다. 상기 비교기(5)의 다른 입력 단자는 기준 심볼 (6)이 제공되고, 비-반전 방식으로 기준 한계치를 (Vc) 공급하기 위해 구성된다. 상기 비교기(5)의 출력은 할당된 트랜지스터(7)의 제어 입력에 접속된다. 트랜지스터(7)는 MOSFET 또는 바이폴라(bipolar) 트랜지스터일 수 있다. 상기 트랜지스터(7)의 제어 경로(controlled path)는 공통 신호 라인(8)과 기준 단자전위 단자(9) 사이에 접속된다. 신호 라인(8)은 DC 전압 조정기의 구동을 위하여 DC 전압 조정기(10)의 피드백 입력에 접속된다. 상기 DC 전압 조정기(10)는 입력 전압을 공급하기 위한 입력(11)단자와 입력 전압 및 공통 신호 라인(8)의 레벨에 기초하여 공급 전압(VDD)을 제공하기 위한 출력(12)단자를 가진다. 상기 DC 전압 조정기(10)의 상기 출력(12) 단자는 전기적 부하(3)의 접속을 위한 접속단자단자(2)에 접속된다.
전기적 부하(3) 및 전류원(1)을 포함하는 전류 가지(current branch)와 마찬가지로, 각각 다른 전기적 부하(13, 23) 및 전류원(20, 21)을 포함하는 다른 전류 가지들이 제공된다. 각각의 경우에서, 전기적 부하들(3, 13, 23)의 한 단자는 상기 DC 전압 조정기의 출력(12) 단자에 접속된다. 다운스트림(downstream) 접속된 트랜지스터(7, 17, 27)와 함께 비교기(5, 15, 25)는 상기 각각의 전압 태핑 노드(4, 14, 24)를 통하여 전기적 부하(3, 13, 23) 및 전류원(1, 20, 21)을 포함하는 가지들 각각에 접속된다. 트랜지스터들(7, 17, 27) 각각은 부하 단자단자에 의해 피드백 전압(UV)을 운반하는 공통 신호 라인(8)에 접속된다.
상기 공통 신호 라인의 신호(UV)는 공급 전압(VDD)을 제어한다. 전류원들(1, 20, 21) 중 하나가 극도로 낮은 전압(비교 전위 (comparison potential)(Vc) 미만의 전압)을 가지면, 상기 라인(8)은 상기 전원(UV)에 대하여 약간 하강하게 된다. 그러므로, DC 전압 조정기의 피드백 입력에서의 전원도 하강하게 된다. 이것은 DC 전압 조정기(10)가 출력(12)에서 전압(VDD)을 증가시켜 보상된다. 출력에서의 전압(VDD)은 보정 전압(UV)이 상기 피드백 입력에서 나타날 때까지 증가된다.
DC 전압 조정기(10)는 임의의 조정 가능한 DC/DC 변환기일 수 있다. 이는 부하들(3, 13, 23)을 고효율로 구동하는 역할을 한다. 예를 들어, 전압 조정기(10)는 유도성 강압, 승압, 강압/승압 조정기 또는 용량성 전하 펌프 또는 간단한 직렬 조정기일 수 있다.
도 1에 의한 회로는 특히 작은 면적을 요구하는 집적 회로 기술을 이용하여 실현될 수 있는 간단한 회로 구조를 가진다. 상기 회로는 용이하게 연장, 케스케이드 될 수 있으며 추가적인 가지들을 이용하여 구성될 수 있다. 전기 회로들을 추가로 더 필요로 않고 임의의 원하는 수의 전류원들이 부가될 수 있다. 도 1에 따른 상기 회로의 유리한 특징은 상기 개별 전류원 가지들을 서로 결합시키는데 단지 1 개 라인 즉, 공통 신호 라인(8)만이 필요하다는 것이다.
도 2는 사용되는 구성소자들과 그들 상호간의 바람직한 접속의 면에서 크게는 도 1에 의한 회로와 ,일치하는 제안되는 원리에 따른 전류원 장치의 다른 대표적인 실시예를 도시한다. 이런 점에서, 상기 회로의 설명은 반복되지 않는다. 도 2의 경우에, 전기적 부하들(3, 13, 23) 각각은 복수개의 발광 다이오드들(30, 31; 32, 33; 34, 35)로 구성된 직렬 회로로 구현된다. 도 2의 경우에, 전류원들(1, 20, 21)은 각각의 전류원 트랜지스터(36), 각각의 태핑 노드(4, 14, 24) 및 기준 전위에 대하여 접속된 각각의 저항(37) 사이에 접속된 전류원 트랜지스터(36)의 제어 경로로 구현된다. 전류원 트랜지스터(36)의 제어 입력은 두 개의 입력을 갖는 차동 증폭기의 출력에 접속된다. 하나의 입력은 기준 한계치를 수신하기 위한 단자로 형성되는 반면에, 나머지 다른 입력은 상기 저항(37)에 대하여 접속되는 상기 트랜지스터(36)의 부하 단자에 접속된다. 도 2의 경우에, 상기 DC 전압 조정기(10)는 명확성을 위해 도시되지 않았다.
기존의 전류원과 비교하여, 도 2에 따른 상기 전류원(36, 37, 38)은 안정성 및 조정 측면에서 특히 유리하다.
도 3은 도 1 또는 도 2에 따른 회로들에 사용되기 위한 DC/DC 변환기의 다른 대표적인 실시예를 도시한다. 상기 실제적인 DC/DC 변환기(39)는 기준 전위(41)에 대해 강하된 입력 전압을 수신하기 위한 입력(40)을 가진다. 상기 공급 전압(VDD)은 상기 출력(42)에 제공된다. 상기 공통 신호 라인(8)은 상기 DC/DC 변환기의 피드백 입력(43)에 직접 접속되지 않는다. 오히려, 직렬 저항기(44)와 다운스트림 접속되고 기준 전위에 대해 접속되는 커패시턴스(45)를 포함하는 저역 필터가 제공된다. 상기 저역 필터(44, 45)는 결합(coupling) 저항기(46)를 통해 실제 피드백 입력(43)에 접속된다. 또한, 제 1 저항기(47)와 제 2 저항기(48)를 포함하는 분압기(voltage divider)(49)가 제공된다. 상기 제 1 저항기(47)는 상기 출력(42)과 상기 피드백 입력(43) 사이에 접속된다. 상기 제 2 저항기(48)는 상기 피드백 입력(43)과 기준 전위 단자 사이에 접속된다. 상기 저항들(47, 48)은 저항값들(R1, R2)을 가진다. 상기 저역 필터의 저항기(44)는 저항값(R4)을 가진다. 상기 저역 필터의 커패시턴스는 정전 용량값(capacitance value: C1)을 가진다. 상기 결합 저항기(46)는 저항값(R3)을 가진다.
상기 조절 회로를 안정화 시키기 위하여, 상기 구성요소들(44, 45)을 포함하는 상기 저역 필터가 사용된다. 상기 구성요소들은 상기 조절 회로의 전달 함수에서 주 극점(dominant pole)을 형성한다. 상기 출력(42)에서의 최소 출력 전압(VDDMIN)은 상기 저항값들(R1, R2)의 비율에 의해 정해진다. 상기 출력(42)에서의 최대 출력 전압(VDDMAX)은 R1 내지 R4의 저항값들에 의해 정해진다. Vref는 상기 노드(43)에서의 전압이며, 상기 DC/DC 변환기는 이를 일정하게 유지한다.
이하 조건들은 이런 경우에 유효하다:
Figure 112010002159709-pat00001
Figure 112010002159709-pat00002
따라서, 도 2 회로의 경우에, 예를 들어, 발광 다이오드 체인들(30, 31; 32, 33; 34, 35)들 중 어느 하나가 차단되어, 상기 피드백 전압(UV)이 기준 전위에 가해진다면, 상기 공급 전압(VDD)은 그럼에도 소정의 한계치들(VDDMIN, VDDMAX)내에서 유지된다.
도 4는 도 2 회로의 다른 발전을 도시한다. 이는 크게는 구성 및 유리한 상호접속의 측면에서 거기에 해당하고, 이런 맥락에서 다시 설명되지 않는다. 도 4의 경우에, 전류원, 비교기비교기 및 트랜지스터를 각각 포함하는 상기 전류 가지들은 각각의 경우에 예를 들어, 공통의 모노리식(monolithically) 집적 칩들(50, 51, 52) 상에 짝을 지어 형성된다. 도 4에 따라 구현되는 경우에 다른 칩들 상에 개별 가지들의 실시예에 불구하고, 공통 신호 라인(8)은 제공될 수 있는 것은 명백하다. 이런 경우에 추가로 회로가 필요하지 않다.
도 5는 제안되는 원리가 최소 전압을 선택하는 원리와 결합되는 도 4 회로의 발전을 도시한다. 이런 목적을 위해, 각각의 최소 선택기(selector) 회로(53, 54, 55)는 상기 칩들(50', 51', 52') 각각 상에 제공되며, 상기 회로의 입력들은 각각의 칩 상의 모든 가지들의 태핑 노드들에 접속된다. 상기 최소 선택기 요소(53, 54, 55)의 출력은 각각의 칩 상의 공통 비교기(56, 57, 58)에 접속되며, 그 출력은 차례로 각각의 칩상의 각각의 공통 트랜지스터(59, 60, 61)를 구동 시킨다. 상기 트랜지스터(59, 60, 61)의 부하 단자는 차례로 상기 모든 칩들(50', 51', 52')에 공통인 신호 라인(8)에 접속된다. 그래서 유연성(flexibility)은 더 증가될 수 있다. 최소 전압의 기선택에 근거한 채널들은 제안되는 원리와 원하는 대로 결합될 수 있다.
도 6은 예를 이용하여 도 4의 회로의 다른 발전을 도시한다. 본 예에서 상기 칩들(50', 51', 52')은 각각 전류원, 비교기비교기 및 거기에 접속된 트랜지스터를 포함하는 3 개 가지들을 각각 가진다. 상기 칩들(50' 내지 52')의 각각은 다른 유형의 전기적 부하들, 예를 들어, 적색 다이드들(62r), 청색 다이오드들(62b) 및 녹색 다이오드들(62g)을 구동하도록 설정된다. 이런 경우에, 상기 적색 발광 다이오드들(62r)을 구동하도록 설정된 그러한 가지들은 제 1 공통 신호 라인(8r)에 접속되는 반면에, 상기 청색 다이오드들(62b)을 구동하도록 설정된 그러한 가지들은 각각의 경우에 다른 칩들을 가로질러 제 2 공통 신호 라인(8b)에 접속된다. 상기 녹색 발광 다이오드들을 구동하도록 설정된 그러한 가지들은 제 3 공통 신호 라인(8g)에 접속된다. 상기 공급 전압 측 상의 적색, 청색 및 녹색 다이오드들(62r, 62b 및 62g)은 다른 공급 전압들 VDDB, VDDR, VDDG를 전달하기 위해 각각의 유형에 대해 다른 각각의 할당된 공급 전압 라인에 접속된다.
이는 예를 들어 색채 디스플레이들의 구동에 RGB 응용이 유리한 바와 같이, 그룹으로 된 전기적 부하들의 다른 유형들을 결합하고 전기적 부하의 유형 당 각각의 공통 신호 라인(8r, 8b, 8g)를 갖는 그룹으로 된 전류원들과 유사한 방식으로 구동하는 역할을 한다.
도 7은 도 1, 도 2 및 도 4 내지 도 6에 따라 하류로 접속된 트랜지스터(7)를 지닌 상기 비교기(5)의 실시예를 도시한다. 비교기와 트랜지스터의 이러한 결합 대신에, 도 8, 도 9 또는 도 10에 따른 배열은 예를 들어, 도 1, 도 2 및 도 4 내지 도 6에도 접속될 수 있다.
도 8에서, 다운스트림 접속된 전류 미러(current mirror, 65)와 연산 트랜스컨덕턴스(transconductance) 증폭기(OTA)(64)로 형성된 상기 비교기, 도 7의 트랜지스터에 해당하는 비교기의 출력 트랜지스터는 특히 작은 칩 면적을 요구하는 특징이 있다. 이러한 회로와 함께, 싱크 전류는 상기 네가티브 입력(67)에서 전압이 포지티브 입력(68)에서의 전압에 미치치 않을 때에만, 상기 출력(66), 즉 공통 신호 라인으로 출력이다. 이는 정확히 제어 원리의 원하는 거동이다.
도 9는 OTA(64) 및 전류 미러(65)를 포함하는 도 8의 회로의 발전된 실시예를 도시한다. 그러나, OTA 및 전류 미러를 서로 결합하기 위하여, 전류 미러들(69, 70, 71)이 추가로 제공되며, 이는 향상된 이득을 가져오고 출력 트랜지스터(72)에 대한 더 나은 구동기(driver) 성능을 가져온다. 이득을 증가시키기 위해, 상기 트랜지스터(65)는 선택적으로 제거될 수 있으며, 이는 도 8에 따른 실시예에서도 그러하다.
도 1 및 도 2의 예에서 도시된 바와 같이 상기 전기적 부하(3)와 상기 전류원(1) 사이의 상기 태핑 노드(4)의 실시예 대신에, 상기 전압 태핑은 또한 상기 전류원 트랜지스터(36)의 부하 단자가 아닌, 상기 전류원 트랜지스터(36)의 제어 입력에서 제공될 수 있다.
그래서, 도 10에 따른 상기 회로는 도 2 및 도 4 내지 도 6에 따른 전류원들의 실시예에 대한 대안이다. 상기 전류원 트랜지스터의 게이트에서 전압의 샘플링은 상기 트랜지스터의 게이트 전압이 모니터되고 소정의 제한된 영역 내에 즉, 상기 비교기(5)의 입력에서 기준 전압(Vg)에 의해 제한되는 장점을 가진다.
이는 상기 특히 전류원 트랜지스터들의 제조 변화에 대하여 유리하다. 상기 비교기(5)의 입력들은 서로 교환된다는 것을 고려해야만 한다. 도 7 내지 도 10에 따른 모든 회로 배열들은 필드 효과 트랜지스터 기술, 즉, MOSFETs과 같은 기술 또는 다르게는 바이폴라 기술을 이용하여 도시되는 바와 같이 구현될 수 있다.
제안되는 원리는 특히 적녹청(RGB) 또는 단색의 발광 다이오드(LED) 어레이들의 구동에 유리하다. 예를 들어, 상기 원리는 이하의 응용 분야들 즉, 전반 조명, 액정 디스플레이의 백라이팅, 액정 디스플레이-적녹청(RGB) 스크린들 및 각각이 발광 다이오드들의 직렬 회로들을 포함하는 복수개의 어레이 세그먼트들이 사용되는 임의의 원하는 조명 응용에 이용될 수 있다.
1 전류원(Current source)
2 전기적 부하의 접속을 위한 수단(Means for the connection of an electrical load)
3 전기적 부하(Electrical load)
4 태핑 노드(Tapping node)
5 비교기(Comparator)
6 기준 한계치를 수신하기 위한 단자(Terminal for feeding in a reference threshold)
7 트랜지스터(Transistor)
8r 공통 신호 라인(Common signal line)
8b 공통 신호 라인(Common signal line)
8g 공통 신호 라인(Common signal line)
9 기준 전위 단자(Reference potential terminal)
10 DC 전압 조정기(DC voltage regulator)
11 입력(Input)
12 출력(Output)
13 전기적 부하(Electrical load)
14 태핑 노드(Tapping node)
15 비교기(Comparator)
16 기준 입력(Reference Input)
17 트랜지스터(Transistor)
20 전류원(Current source)
21 전류원(Current source)
22 전기적 부하의 접속을 위한 수단(Means for the connection of an electrical load)
23 전기적 부하(Electrical load)
24 태핑 노드(Tapping node)
25 비교기(Comparator)
26 기준 한계치를 공급하기 위한 입력(Input for feeding in a reference threshold)
27 트랜지스터(Transistor)
30 다이오드(Diode)
31 다이오드(Diode)
32 다이오드(Diode)
33 다이오드(Diode)
34 다이오드(Diode)
35 다이오드(Diode)
36 전류원 트랜지스터(Current source transistor)
37 저항기(Resistor)
38 차동 증폭기(Differential amplifier)
39 DC 전압 조정기(DC voltage regulator)
40 입력(Input)
41 기준 전위 단자(Reference potential terminal)
42 출력(Output)
43 입력(Input)
44 저항기(Resistor)
45 커패시턴스(Capacitance)
46 저항기(Resistor)
47 저항기(Resistor)
48 저항기(Resistor)
49 분압기(Voltage divider)
50 칩(Chip)
51 칩(Chip)
52 칩(Chip)
53 최소 선택기 블록(Minimum selector block)
54 최소 선택기 블록(Minimum selector block)
55 최소 선택기 블록(Minimum selector block)
56 비교기(Comparator)
57 비교기(Comparator)
58 비교기(Comparator)
59 트랜지스터(Transistor)
60 트랜지스터(Transistor)
61 트랜지스터(Transistor)
62r 적색 발광 다이오드(Red LED)
62b 청색 발광 다이오드(Blue LED)
62g 녹색 발광 다이오드(Green LED)
64 연산 트랜스컨덕턴스 증폭기(OTA)
65 전류 미러(Current mirror)
66 출력(Output)
67 입력(Input)
68 입력(Input)
69 전류 미러(Current mirror)
70 전류 미러(Current mirror)
71 전류 미러(Current mirror)
72 트랜지스터(Transistor)

Claims (19)

  1. 전류원(1);
    일 단자가 상기 전류원(1)에 접속되는, 전기적 부하(3)의 접속을 위한 수단(2);
    상기 전기적 부하의 접속을 위한 수단(2)의 일 단자에 접속된 전압 태핑 노드(4);
    상기 전압 태핑 노드(4)에 접속된 제 1 입력부, 기준 임계치(Vc)을 수신하기 위해 설정된 제 2 입력부 및 피드백 신호 라인(8)으로 신호를 출력하는 출력부를 갖는 비교기(5);
    적어도 하나의 다른 전류원(20);
    일 단자가 상기 적어도 하나의 다른 전류원(20)에 접속되는, 전기적 부하(13)의 접속을 위한 적어도 하나의 다른 수단;
    상기 전기적 부하(13)의 접속을 위한 적어도 하나의 다른 수단의 일 단자에 결합된 적어도 하나의 다른 전압 태핑 노드(14);
    상기 적어도 하나의 다른 전압 태핑 노드(14)에 접속된 제 1 입력부, 적어도 하나의 다른 기준 임계치를 수신하도록 설정된 제 2 입력부 및 상기 피드백 신호 라인(8)으로 신호를 출력하는 출력부를 갖는 적어도 하나의 다른 비교기(15); 및
    입력 전압을 수신하기 위한 입력부(11), 상기 전기적 부하의 접속을 위한 수단(2)의 타 단자에 접속된 출력부(12) 및 상기 피드백 신호 라인(8)에 접속된 피드백 입력부를 가지는 DC 전압 조정기(10)를 포함하며,
    적어도 상기 전류원(1) 및 상기 비교기(5)는 제 1 칩(50) 상에 모놀리식으로 함께 집적되고,
    적어도 상기 다른 전류원(20) 및 상기 다른 비교기(15)는 제 2 칩(51) 상에 모놀리식으로 집적되는 것을 특징으로 하는 전류원 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준 임계치 및 상기 다른 기준 임계치는 동일한 것을 특징으로 하는 전류원 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전기적 부하는 적어도 하나의 발광 다이오드(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류원 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전기적 부하는 복수 개의 발광 다이오드들(30, 31)로 구성된 직렬 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류원 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    적어도 두 개의 입력 전압들 중 더 작은 것을 통해 스위칭을 하기 위한 수단(53)이, 할당된 각 전류원 및 전기적 부하의 접속을 위해 할당된 각 수단에 결합된 적어도 두 개의 전압 태핑 노드들과 비교기(56)의 제 1 입력부 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 전류원 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    각각의 공통 피드백 신호 라인(8, 9)은 다른 유형의 전기적 부하들(62, 63)에 제공되는 것을 특징으로 하는 전류원 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전류원은 전류원 트랜지스터(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류원 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전압 태핑 노드가 상기 전류원 트랜지스터(36)의 제어 단자에 형성되고, 상기 전류원 트랜지스터(36)의 제어 경로가 상기 전기적 부하의 접속을 위한 수단(2)과 함께 공통된 전류 경로 내에서 형성됨으로써, 상기 전압 태핑 노드가 전기적 부하의 접속을 위한 수단에 접속되는 것을 특징으로 하는 전류원 장치.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 전류원 트랜지스터(36)의 제어 경로는, 상기 전기적 부하의 접속을 위한 수단과, 기준 전위 단자에 접속된 저항(37) 사이에 접속되고,
    차동 증폭기(38)는 출력부에 의해 상기 전류원 트랜지스터(36)의 제어 입력부에 접속되고,
    상기 차동 증폭기(38)의 제 1 입력부는 기준 전압을 수신하도록 구성되고,
    상기 차동 증폭기(38)의 제 2 입력부는 상기 전류원 트랜지스터(36)의 제어 경로의 기준 전위-측 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 전류원 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 비교기(5)는 유한 이득(finite gain)을 가지는 증폭기(64)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류원 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 비교기(5)는 전류 미러(mirror)(65)에 접속되고,
    상기 전류 미러의 입력 트랜지스터는 상기 증폭기(64)의 출력부에 접속되고,
    부하 측 상에서 상기 피드백 신호 라인(8)에 접속된 상기 전류원 장치의 트랜지스터는 상기 전류 미러(65)의 출력 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전류원 장치.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    연산 증폭기(operational amplifier)의 출력부는 비대칭성 출력부이고, 상기 연산 증폭기의 차동 스테이지를 상기 비대칭성 출력부에 접속하는 전류 미러들(69, 70, 71)이 제공되는 것을 특징으로 하는 전류원 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    전기적 부하(3)는 상기 전기적 부하의 접속을 위한 수단(2)에 접속되는 것을 특징으로 하는 전류원 장치.
  14. 청구항 1에 따른 하나 또는 그 이상의 전류원 장치를 매트릭스 형태로 배열된 발광 다이오드들(62, 63)의 전류 공급을 위해 사용하는 디스플레이 장치.
  15. 청구항 1에 따른 적어도 하나의 전류원 장치 각각을 각각의 색채 유형의 발광 다이오드들(62r, 62b, 62g)의 전류 공급을 위해 사용하는 디스플레이 장치.
  16. 전류원(1)을 수단으로 하여 전기적 부하를 위한 공급 전류를 제공하는 단계;
    상기 전기적 부하(3) 및/또는 전류원(1)의 양단에서의 강하된 전압 또는 이로부터 유도된 전압을 태핑하는 단계;
    태핑된 전압과 기준 임계치(Vc)를 비교하는 단계;
    상기 비교에 기초하여 피드백 신호 라인(8)을 구동하는 단계;
    다른 전류원(20)을 이용하여 다른 전기적 부하(13)에 다른 공급 전류를 제공하는 단계;
    상기 다른 전기적 부하(13) 및/또는 다른 전류원(20) 양단에서 강하된 전압 또는 이로부터 유도된 전압을 태핑하는 단계;
    태핑된 전압과 다른 기준 임계치를 비교하는 단계;
    상기 비교에 기초하여 공통 신호 라인으로 구현된 상기 피드백 신호 라인(8)을 구동하는 단계; 및
    입력 전압 및 상기 피드백 신호 라인(8) 상의 신호에 기초하여 상기 전기적 부하(3) 및 다른 전기적 부하(13)에 공급 전압(VDD)을 제공하는 단계를 포함하며,
    적어도 상기 전류원(1)은 제 1 칩(50) 상에 모놀리식으로 집적되고,
    적어도 상기 다른 전류원(20)은 제 2 칩(51) 상에 모놀리식으로 집적되는 것을 특징으로 하는 전기적 부하를 작동하는 방법.
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