KR101208576B1 - 발광소자 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광소자 구동에 있어서, 특히 발광소자를 제어하는 제1회로에 전원을 공급하기 위한 제2회로를 구비하는 발광소자 구동 장치에 관한 것으로, 발광소자와, 제1 단자가 상기 발광소자에 연결되어 상기 발광소자를 온/오프하는 제1 스위칭 소자와, 상기 제1 스위칭 소자의 제2 단자에 연결되어 상기 제1 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어회로와, 상기 제어회로와 상기 발광소자의 공급 전원 사이에 연결되어 상기 제어회로의 구동을 위한 전류를 공급하는 전하 펌프 회로를 포함하여 구성되는 발광소자 구동 장치에 관한 발명이다.

Description

발광소자 구동 장치 {luminous device drive apparatus}
본 발명은 디스플레이 구동에 관한 것으로, 특히 발광소자를 제어하는 제1회로에 전원을 공급하기 위한 제2회로를 구비하는 디스플레이 구동 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디스플레이 구동 장치에는 발광소자의 제어를 위해 제어회로가 사용된다. 그리고, 그 제어회로의 구동을 위해서는 별도의 전원을 사용하거나 그 제어회로에 전원을 공급하기 위한 회로가 필요하다.
도 1은 종래 기술에 따른 벅 컨버터(Buck converter) 구조를 갖는 스위칭 디스플레이 구동 장치를 나타낸 회로도이다. 예로써, 디스플레이 구동 장치로써 LED 램프 드라이버의 구조를 도시한 회로도이다.
벅(Buck) 구조는 일명 스텝다운(Step-down) 구조로써 인덕터(L)(1)와 프리 휠링 다이오드(freewheeling diode)(DFW)(2)와 전력 스위치(MSW)(3)로 구성된다.
전력 스위치(MSW)(3)가 도통(on)됨에 따라, 일정 부하를 갖는 발광소자인 LED(4)에 전류가 흘러 그 LED(4)가 켜진다. 물론 전력 스위치(MSW)(3)가 오프(off)되면, 인덕터(L)(1)와 프리 휠링 다이오드(freewheeling diode)(DFW)(2)와 LED(4)가 구비되는 폐루프에서 전류가 순환한다.
제1저항(Rcs)(5)은 전력 스위치(MSW)(3)가 도통(on)되었을 때, 인턱터(L)(1)와 LED(4)에 흐르는 전류를 감지하기 위한 저항으로, 제어회로(6)에 연결되며 LED(4)에 흐르는 전류를 제어하기 위한 저항이다.
벅(Buck) 구조의 정상적인 구동을 위해서는 제어회로(6)와 같은 집적회로(IC)가 요구되며, 제어회로(6)의 구동을 위해서는 별도의 전원이 요구된다.
제어회로(6)의 구동을 위한 전원 공급하기 위해 고전압 스위칭 소자(M1)(7)가 사용된다. 그 고전압 스위칭 소자(M1)(7)에 의해 선형적인 레귤레이터가 구현되는데, 제너 다이오드(DZ1)에 걸리는 전압 V1과 제어회로(6)의 공급 전압 V2(VDD)는 비례한 전압이 생성된다.
한편, 제어회로(6)의 전원 입력단(VDD)과 그라운드 사이에 구비되는 캐패시터(CVDD)(10)는 노이즈 제거를 위한 것이다.
도 1의 디스플레이 구동 장치는 고전압 스위칭 소자(M1)(7)의 동작에 따라 항시 제어회로(6)에 전원을 공급할 수 있으면서, 간단한 회로 구성으로 효과적으로 제어회로(6)에 전원을 공급할 수 있는 구조이다. 그러나 전원전압(Vsup)이 높은 경우에는 전력 소모가 많다는 단점이 있으며, 또한 비교적 고가의 고전압 스위칭 소자(M1)(7)가 요구되어 단가가 높아지는 단점이 있다.
도 2는 종래 기술로써, 도 1의 벅(Buck) 구조에 사용되는 인덕터(L)를 트랜스포머(transformer; 예로써 X-포머(X-former))로 대체하여 전원을 발생하는 구조이면서 고전압 스위칭 소자(M1)를 배제시킨 구조이다.
도 2에서는 트랜스포머(10)가 제어회로(60)에 공급될 전원을 발생한다.
전력 스위치(MSW)(30)가 오프(off)되면, 트랜스포머(10)와 프리 휠링 다이오드(freewheeling diode)(DFW)(20)와 LED(40)가 구비되는 폐루프에서 전류가 순환한다. 이 때, 프리 휠링 다이오드(DFW)(20)에 흐르는 전류에 의해 프리 휠링 다이오드(DFW)(20)가 온(on)되고, 그에 따라 트랜스포머(10)의 1차측 전압 V11은 LED(40)의 순방향 전압(VF)와 거의 같은 레벨이 된다.
그 1차측 전압 V11은 트랜스포머(10)의 권선비(Turn ratio)에 해당하는 N배 만큼 레벨로 2차측에 생성된다. 예로써, 트랜스포머(10)의 권선비(Turn ratio)가 N:1 (여기서, N은 자연수)인 경우에, 2차측 전압 V12는 1차측 전압 V11에 비해 N배만큼 낮은 전압이 된다.
트랜스포머(10)의 2차측에 걸리는 2차측 전압 V12에 의해 다이오드(DM)(70)에 전류가 흐르고, 그에 따라 캐패시터(CVDD)에 전원이 충전되면서 제어회로(60)의 공급 전원이 형성된다.
도 2의 스위칭 디스플레이 구동 장치는 고전압 스위칭 소자를 사용하지 않는다는 점에서 도 1의 구조에 비해 단가를 낮출 수 있는 장점이 있고, 또한 전력 소모 면에서도 유리한 점이 있다.
그러나, 제어회로(60)의 전원 공급에 필요한 2차측 전압 V12가 LED(40)의 순방향 전압(VF)에 의해 의존하기 때문에, LED(40)의 개수에 따라 트랜스포머(10)를 다르게 구현해야 하는 번거로움이 있다. 즉, LED(40)의 개수가 달라지면 LED(40)의 부하가 달라지고, 그에 따라 LED(40)의 순방향 전압(VF)도 달라진다. 그러므로 LED(40)의 개수에 따라 권선비가 다른 트랜스포머(10)를 구비해야 한다는 것이다.
LED(40)의 개수에 따라 트랜스포머(10)의 권선비를 달리해야 한다는 것은 트랜스포머가 인덕터에 비해 제작이 까다롭다는 특성으로 볼 때 트랜스포머의 사용 자체가 하나의 단점이 된다. 또한 트랜스포머의 제작 시에 1차측의 자화 인덕턴스 (magnetizing inductance)를 잘 설정해야 하는데, 그렇지 못하는 경우에는 벅(Buck) 구조의 동작에 문제를 야기하는 경우가 있다.
본 발명의 목적은 상기한 점들을 감안하여 안출한 것으로, 전하 펌프 회로(charge pump circuit)를 사용하면서 제작이 까다로운 트랜스포머를 필요로 하지 않는 디스플레이 구동 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 발광소자 구동 장치의 특징은, 발광소자; 제1 단자(드레인)가 상기 발광소자에 연결되어 상기 발광소자를 온/오프하는 제1 스위칭 소자; 상기 제1 스위칭 소자의 제2 단자(게이트)에 연결되어 상기 제1 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어회로; 그리고 상기 제어회로와 상기 발광소자의 공급 전원 사이에 연결되어 상기 제어회로의 구동을 위한 전류를 공급하는 전하 펌프 회로를 포함하여 구성되는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광소자의 제어회로에 전원을 공급하는 발광 소자 구동 장치는, 상기 발광소자에 연결된 제1 단자, 상기 제어회로로부터 제어신호를 입력받는 제2 단자, 및 제3 단자를 가진 제1 스위칭 소자; 상기 제1 스위칭 소자의 상기 제1 단자에 연결된 제1 단자를 가진 충전소자; 상기 충전소자의 제2 단자에 연결된 제1 단자 및 상기 제어회로의 전원공급단자에 연결된 제2 단자를 가지는 제2 스위칭 소자; 그리고 상기 충전소자의 상기 제2 단자와 상기 제2 스위칭 소자의 상기 제1 단자 사이의 중간 노드에 연결된 제1 단자 및 상기 제1 스위칭 소자의 상기 제3 단자에 연결된 제2 단자를 가진 제3 스위칭 소자를 포함하는 것이 특징이다.
본 발명에 따르면, 인덕터에 비해 제작이 까다로운 트랜스포머를 사용하지 않으면서도 벅(Buck) 구조의 동작을 안정적이라는 효과가 있다.
또한, 고자의 스위칭 소자가 요구되지 않으므로, 단가 상승 문제가 없으며, 전력 소모면에서도 유리하다는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 벅 컨버터(Buck converter) 구조를 갖는 스위칭 발광소자 구동 장치를 나타낸 회로도.
도 2는 종래 기술에 따른 트랜스포머를 사용하는 발광소자 구동 장치를 나타낸 회로도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전하 펌프 회로를 사용하는 발광소자 구동 장치를 나타낸 회로도로써, 도 3a는 전하 펌프 회로에 전하를 공급할 시의 동작을 설명하기 위한 회로도이고, 도 3b는 전하 펌프 회로의 캐패시터(CVDD)의 방전(discharge) 동작을 설명하기 위한 회로도.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전하 펌프 회로를 사용하는 발광소자 구동 장치를 나타낸 회로도.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전하 펌프 회로를 사용하는 발광소자 구동 장치를 나타낸 회로도.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전하 펌프 회로를 사용하는 발광소자 구동 장치를 나타낸 회로도.
도 7은 발광소자 구동 장치의 벅 구조를 구성하는 전력 스위치의 스위칭에 따른 드레인 전압 변화를 나타낸 타이밍도들.
도 8a는 도 4의 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전하 펌프 회로를 사용하는 발광소자 구동 장치에서 전력 스위치의 도통 시에 흐르는 전류 성분을 나타낸 회로도.
도 8b 내지 8c는 발광소자 구동 장치에서 전력 스위치의 스위칭에 따라 인턱터(L)와 LED에 흐르는 전류를 감지하기 위한 저항(Rcs)에 흐르는 전류 성분의 파형을 나타낸 타이밍도.
도 9는 본 발명의 여러 실시 예에서 구비되는 전하 펌프 회로의 대표적인 구성을 나타낸 회로도.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발광소자 구동 장치의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.
본 발명의 이하 설명에서는 전하 펌프 회로가 발광소자 구동 장치에 적용되는 예를 중심으로 설명되나, 그 전하 펌프 회로의 적용이 발광소자 구동 장치에만 한정되지는 않는다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전하 펌프 회로를 사용하는 발광소자 구동 장치를 나타낸 회로도로써, 도 3a는 전하 펌프 회로에 전하를 공급할 시의 동작을 설명하기 위한 것이고, 도 3b는 전하 펌프 회로의 캐패시터(CVDD)의 방전(discharge) 동작을 설명하기 위한 것이다. 특히, 도 3은 인덕터(L)(110)와 프리 휠링 다이오드(DFW)(120)와 전력 스위치(MSW)(130)로 구성되는 벅(Buck) 구조이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 충전소자인 캐패시터(CVDD)(180)에 전원을 충전하는 구성인 전하 펌프 회로(charge pump circuit)를 2개의 다이오드 D1(190)과 D2(191), 그리고 캐패시터(Ccp)(170)로 구성한다.
전하 펌프 회로(charge pump circuit)는 캐패시터(CVDD)를 충전하여 제어회로(60)에 전원을 공급한다.
전력 스위치(MSW)(130)가 도통(on)됨에 따라, 일정 부하를 갖는 발광소자인 LED(140)에 전류가 흘러 그 LED(140)가 켜진다. 여기서, 발광소자로는 LCD 백라이트 소자, LED 조명소자 등을 포함한다.
저항(Rcs)(150)은 전력 스위치(MSW)(130)가 도통(on)되었을 때, 인턱터(L)(110)와 LED(140)에 흐르는 전류를 감지하기 위한 저항으로, 제어회로(160)에 연결되며 LED(140)에 흐르는 전류를 제어하기 위한 저항이다. 그 저항(Rcs)(150)에서 전류를 감지함으로써 전력 스위치(MSW)(130)를 온/오프(on/off)시키게 된다. 이러한 저항(Rcs)(150)의 동작은 이후 본 발명의 여러 실시 예에서도 동일하게 적용되며, 각 실시 예에서 별도로 설명은 생략한다.
그러나, 전력 스위치(MSW)(130)가 도통(on) 상태에서 오프(off) 상태로 바뀌면, 인덕터(L)(110)에 흐르던 전류는 캐패시터(Ccp)(170)를 통해 흐르며, 다이오드 D1(190)이 도통(on)되면서 캐패시터(CVDD)에 전원을 충전한다.
이후에, 전하 펌프 회로의 캐패시터(Ccp)(170)에 전원 충전이 완료되면, 캐패시터(CVDD)에 전하가 공급되지 않는다.
다시 전력 스위치(MSW)(130)가 도통(on)되면, 다이오드 D2(191)와 전력 스위치(MSW)(130)를 통해 전하 펌프 회로의 캐패시터(Ccp)(170)가 방전(discharge)된다.
결국, 도 3의 구성에서는 전력 스위치(MSW)(130)가 오프(off)되었을 때 제어회로(160)에 전원을 공급하기 위한 캐패시터(CVDD)(180)에 전하를 공급하며, 전력 스위치(MSW)(130)가 도통(on)되었을 때 전하 펌프 회로의 캐패시터(Ccp)(170)를 방전한다.
도 3의 구성에 따르면, 저가의 소자들을 사용하여 발광소자 구동 장치를 구현할 수 있으며, 전원을 공급하기 위한 캐패시터(CVDD)(180)에 전하를 충분히 공급한 후에는 캐패시터(CVDD)(180)로 전류가 흐르지 않게 되므로 전력 소모가 발생하지 않는다.
한편, 도 3의 구성에서 캐패시터(CVDD)(180)에 전하를 충전하는 동안 전하 펌프 회로의 캐패시터(Ccp)(170)를 통해 흐르는 전류는 인덕터(L)(110)나 LED(140)에 흐르는 전류와 동일하다. 그러므로, 다이오드 D1(190)을 통해 흐르는 전류는 제한되는 특성이 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전하 펌프 회로를 사용하는 발광소자 구동 장치를 나타낸 회로도이다.
도 4의 회로 구성은 도 3의 회로 구성에서 전하 펌프 회로의 캐패시터(Ccp)(170)가 방전될 시에 그 방전 전류를 제한하기 위해 저항(Rcp)(200)를 추가한 것이다. 즉, 캐패시터(Ccp)(170)의 방전 시 과도한 방전 전류가 전력 스위치(MSW)(130)와 다이오드 D2(191)를 통해 흐르는 것을 방지하기 위한 저항(Rcp)(200)을 캐패시터(Ccp)(170)에 직렬 연결한다.
도 7은 발광소자 구동 장치의 벅 구조를 구성하는 전력 스위치의 스위칭에 따른 드레인 전압 변화를 나타낸 타이밍도들로써, 도 7a는 전하 펌프 회로를 사용하지 않는 경우이고, 도 7b는 전하 펌프 회로를 사용하는 경우이다.
특히, 도 7b는 본 발명의 도 4의 예에 따른 회로에서 전력 스위치의 스위칭(on/off)에 따른 그 전력 스위치의 드레인 전압 변화를 나타낸 타이밍도이다.
도 7a의 타이밍도는 전하 펌프 회로를 사용하지 않는 경우이므로 충전 동작이나 방전 동작이 없다. 이는 충전이나 방전을 위한 소자가 구비되지 않는다는 것이다. 그러므로 전력 스위치의 드레인 전압은 매우 급한 기울기로 업다운(up-down)된다.
그러나, 도 7b의 경우 충전 동작과 방전 동작이 있기 때문에, 전력 스위치의 드레인 전압은 보다 완만한 기울기로 업다운된다.
도 4의 회로 구성에 기반하여 설명하면, 도 4의 회로 구성에서는 캐패시터(CVDD)(180)에 전하를 충전하기 위해 전하 펌프 회로의 캐패시터(Ccp)(170)를 통해 흐르는 전류나 그 캐패시터(Ccp)(170)에서 방전되는 전류가 제한된다. 따라서 전력 스위치(MSW)(130)의 드레인 전압은 도 7b와 같이 비교적 낮은 기울기로 업다운된다.
일반적으로 도 7a와 같이 빠른 기울기로 드레인 전압이 변하는 경우는 EMI 잡음이 커진다. 그러므로 발광소자 구동 장치에 전하 펌프 회로를 사용하여 전원을 공급함으로써 벅 구조에 의한 EMI 잡음을 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전하 펌프 회로를 사용하는 발광소자 구동 장치를 나타낸 회로도로써, 제어회로(160)가 LED(140)를 제어하는데 있어서 보다 정상적인 제어가 이루어질 수 있도록 개선한 구조이다. 즉, 도 4의 예에서 방전 전류의 경로를 변경하여 제어회로(160)의 정상적인 동작을 보장하는 예이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전하 펌프 회로에 구비되는 다이오드 D2(191)를 그라운드시키지 않고, 다이오드 D2(191)를 제어회로(160)와 저항(Rcs)(150) 간의 연결에 대해 병렬 연결한다. 그러한 연결은 전하 펌프 회로에서 직렬 연결되는 캐패시터(Ccp)(170)와 저항(Rcp)(200), 전력 스위치(MSW)(130), 그리고 다이오드 D2(191)를 갖는 폐루프를 형성한다. 그에 따라 캐패시터(Ccp)(170)의 방전 전류는 폐루프를 순환하면서 소모된다.
별도의 예로써, 도시하지는 않았지만, 도 3의 실시 예에 따른 회로 구성에서 즉, 캐패시터(Ccp)(170)에 직렬 연결된 저항(Rcp)(200)이 배제된 회로 구성에서 전하 펌프 회로에 구비되는 다이오드 D2(191)를 그라운드시키지 않고, 다이오드 D2(191)를 제어회로(160)와 저항(Rcs)(150) 간의 연결에 대해 병렬 연결하는 회로도 본 발명에서는 고려한다. 이는 도 3 내지 5의 회로 구성들로부터 충분히 이해되는 것이므로, 별도의 설명은 생략한다.
한편, 전력 스위치(MSW)(130)가 도통(on)될 시에는 발광소자 구동 장치의 전체 회로에서 3가지 성분의 전류가 흐른다.
도 8a는 도 4의 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전하 펌프 회로를 사용하는 발광소자 구동 장치에서 전력 스위치의 도통 시에 흐르는 전류 성분을 나타낸 회로도로써, 그 전류 성분 중 하나는 인덕터(L)(110)에 흐르는 인덕터 전류(IL)이고, 또하나는 프리 휠링 다이오드(DFW)(120)의 역회복 전류(reverse recovery current)(IRR)이고, 다른 하나는 전하 펌프 회로의 캐패시터(Ccp)(170)의 방전 전류(Icp)이다. 이러한 3가지 성분 이외에 기생 캐패시터를 통해 흐르는 전류(Ipar)도 흐른다.
도 8b 내지 8c는 발광소자 구동 장치에서 전력 스위치의 스위칭에 따라 인턱터(L)와 LED에 흐르는 전류를 감지하기 위한 저항(Rcs)에 흐르는 전류 성분의 파형을 나타낸 타이밍도로써, 상기 나열되는 전류들은 전력 스위치(MSW)(130)가 도통(on)됨에 따라 저항(Rcs)(150)을 통해 흐르며, 그러한 저항(Rcs)(150)에 흐르는 전류는 도 8c와 같은 파형을 나타낸다. 여기서 도 8b는 전하 펌프 회로를 사용하지 않는 경우에 전력 스위치가 도통(on)됨에 따라 저항(Rcs)을 통해 흐르는 전류의 파형을 나타낸 것이다.
가장 바람직한 경우는, 발광소자 구동 장치에서 전력 스위치(MSW)(130)가 도통(on)될 때 인덕터 전류(IL)만이 저항(Rcs)(150)을 통해 흐르게 하는 것이다. 그러나 실제로는 전력 스위치(MSW)(130)가 도통(on)된 이후 얼마 간의 시간동안에는 인덕터 전류(IL)는 물론 프리 휠링 다이오드(DFW)(120)의 역회복 전류(reverse recovery current)(IRR)과 기생 캐패시터를 통해 흐르는 전류(Ipar)도 저항(Rcs)(150)을 통해 흐르게 된다. 따라서, 그들 세 전류 성분(IL, IRR, Ipar)이 모두 흐르는 시간동안에는 저항(Rcs)(150)에 흐르는 전류를 감지하지 않도록 발광소자 구동 장치에서는 블랭킹 타임(blanking time)으로 설정한다. 한편, 전하 펌프 회로를 사용하는 경우에는 전하 펌프 회로의 캐패시터(Ccp)(170)의 방전 전류(Icp)가 저항(Rcs)(150)을 통해 흐르는 시간까지 블랭킹 타임(blanking time)을 설정하는데 고려해야 한다. 그러나 방전 전류(Icp)가 흐르는 시간을 고려하여 블랭킹 타임을 너무 길게 설정하면 인덕터 전류(IL)를 감지할 시간이 짧아지므로, 제어회로(160)의 제어가 정상적으로 동작할 수 없다.
전하 펌프 회로를 사용하지 않는 경우에는, 프리 휠링 다이오드(DFW)(120)의 역회복 전류(reverse recovery current)(IRR)과 기생 캐패시터를 통해 흐르는 전류(Ipar)가 흐르는 시간만큼을 블랭킹 타임(blanking time)으로 설정한다.
그러나, 전하 펌프 회로를 사용하는 경우에는, 프리 휠링 다이오드(DFW)(120)의 역회복 전류(IRR)와 기생 캐패시터를 통해 흐르는 전류(Ipar) 이외에도 캐패시터(Ccp)(170)의 방전 전류(Icp)가 저항(Rcs)(150)을 통해 흐르며, 특히 그 방전 전류(Icp)는 상당히 긴 시간동안 저항(Rcs)(150)을 통해 흐른다. 따라서 설정된 블랭킹 타임(blanking time) 이후에도 저항(Rcs)(150)에서 방전 전류(Icp)와 인덕터 전류(IL)가 모두 감지될 수 있어서, 인덕터 전류(IL)만을 감지할 수 없게 된다. 전력 스위치(MSW)(130)의 스위칭(on/off) 타이밍이 짧아지는 경우에는 블랭킹 타임(blanking time) 이후 더 오랜 시간 동안 방전 전류(Icp)가 인덕터 전류(IL)에 더해져서 감지된다.
도 5에 도시된 본 발명의 제3 실시 예에 따른 발광소자 구동 장치는 블랭킹 타임(blanking time) 이후 인덕터 전류(IL)만 저항(Rcs)(150)에서 감지되도록 한다.
도 5의 구성을 상세하면, 전하 펌프 회로에 구비되는 다이오드 D2(191)의 애노드(Anode)를 그라운드에 연결하지 않고 전력 스위치(MSW)(130)의 소스(source)에 연결하여, 방전 전류(Icp)를 폐루프를 통해 제거시킨다.
즉, 전력 스위치(MSW)(130)가 도통(on)될 때 캐패시터(Ccp)(170)의 방전 전류(Icp)는 저항(Rcs)(150)을 통해 흐르지 않고, 다이오드 D2(191)와 저항(Rcp)(200)과 캐패시터(Ccp)(170)과 전력 스위치(MSW)(130)로 이루어지는 폐루프를 순환하여 소모된다.
따라서, 도 5의 실시 예에서는 저항(Rcs)(150)을 통해 캐패시터(Ccp)(170)의 방전 전류(Icp)가 흐르지 않으므로, 전하 펌프 회로를 사용하지 않는 경우와 동일하게 블랭킹 타임(blanking time)을 설정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전하 펌프 회로를 사용하는 발광소자 구동 장치를 나타낸 회로도로써, 능동소자를 사용한 구성의 예이다.
도 6에서는 전하 펌프 회로를 능동소자로 구성한 것으로, 도 5의 실시 예에 따른 구성에서 다이오드 D1와 D2 중 적어도 하나를 스위칭 소자로 대체한 구성이다. 도 6에서는 D1을 PMOS(MD1)(210)로 대체하고 D2를 NMOS(MD2)(211)로 대체한 구성 예이다. 그러나 다이오드 D1과 D2 중 하나만을 스위칭 소자로 대체한 구성도 가능하다.
한편, 다이오드 D1과 D2를 능동소자로 대체함에 따라, 그 능동소자의 동작을 위한 구동드라이버(230)가 더 구비되며, 그 능동소자와 구동드라이버(230)는 동기화된 전하 펌프(synchronous charge pump)를 구현한다. 즉, 전력 스위치(MSW)(130)의 스위칭에 따른 충전 동작 또는 방전 동작 시에 PMOS(MD1)(210)와 NMOS(MD2)(211)를 교대로 온(on) 시키기 위한 구동드라이버(230)가 구비된다. 그 구동드라이버(230)는 전력 스위치(MSW)(130)의 스위칭에 따른 충전 동작 또는 방전 동작 시에 PMOS(MD1)(210)와 NMOS(MD2)(211)가 동시에 온(on)되지 않도록 한다. 이는 PMOS(MD1)(210)와 NMOS(MD2)(211)가 동시에 온(on)되는 경우에 전원을 공급하기 위한 캐패시터(CVDD)(180)가 방전되기 때문이다.
그 구동드라이버(230)는 제어회로(160)에 연결되며, 특히 전력 스위치(MSW)(130)의 게이트에 구동신호를 인가하는 제어회로(160)의 구동신호 인가단(GATE)에 연결된다. 즉, 제어회로(160)의 구동신호 인가단(GATE)에 구동드라이버(230)와 전력 스위치(MSW)(130)의 게이트가 같이 연결된다. 따라서, 구동드라이버(230)는 전력 스위치(MSW)(130)의 게이트에 인가되는 구동신호와 동기하여 동작한다.
예로써, 전력 스위치(MSW)(130)를 온(on)시키기 위한 구동신호가 제어회로(160)로부터 출력될 때, 전하 펌프 회로에서는 방전 동작이 진행되어야 하므로 구동드라이버(230)는 NMOS(MD2)(211)를 온(on)시킨다. 이때, PMOS(MD1)(210)는 오프 상태이다.
반면에 전력 스위치(MSW)(130)가 오프인 경우에는, 전하 펌프 회로에서는 충전 동작이 진행되어야 하므로 구동드라이버(230)는 PMOS(MD1)(210)를 온(on)시킨다. 이때, NMOS(MD2)(211)는 오프 상태이다.
한편, 상기 능동소자를 사용하는 경우에는 각 능동소자의 온저항(on resistance)를 작게하여 도통 손실(conduction loss)를 줄일 수 있다.
이상에서 설명된 발광소자 구동 장치에 구비되는 전하 펌프 회로는 다음의 도 9와 같은 구조로 정리될 수 있다.
도 9는 본 발명의 여러 실시 예에서 구비되는 전하 펌프 회로의 대표적인 구성을 나타낸 회로도로써, 도 9에 도시된 구성에 대한 설명에서는 도 4 내지 6에서 적용된 도면 부호를 동일하게 사용한다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 발광소자 구동 장치는 기본적으로 LED와 같은 발광소자(140)가 적어도 하나 이상 구비되며, 그 발광소자(140)를 제어하기 위한 제어회로(160)가 또한 구비된다.
그리고, 제어회로(160)의 구동을 위한 전원을 공급하는 회로로써 전하 펌프 회로가 구비된다.
전하 펌프 회로는 제어회로(160)의 전원 입력단(VDD)과 그라운드 사이에 연결되는 캐패시터(CVDD)(180)에 전원을 충전하기 위한 것으로 도 9에 도시된 바와 같은 구성을 갖는다.
상세하게, 전하 펌프 회로는 제어회로(160)의 전원 입력단(VDD)과 캐패시터(CVDD)(180)의 직렬 연결 사이에 병렬 연결되는 제1 스위칭 소자(190,210)를 구비한다. 제1 스위칭 소자(190,210)는 다이오드나 모스트랜지스터 등일 수 있다.
또한 전하 펌프 회로는 제1 스위칭 소자(190,210)에 직렬 연결되는 제2 스위칭 소자(191,211)를 구비한다. 제2 스위칭 소자(191,211)도 다이오드나 모스트랜지스터 등일 수 있다.
또한 전하 펌프 회로는 제1 스위칭 소자(190,210)와 제2 스위칭 소자(191,211) 사이에 병렬 연결되는 캐패시터(Ccp)(170)를 구비한다.
또한 전하 펌프 회로는 캐패시터(Ccp)(170)에 드레인이 연결되고, 소스는 제2 스위칭 소자(191,211)에 연결되는 제3 스위칭 소자(MSW)(130)를 구비한다. 그 제3 스위칭 소자(130)는 제어회로(160)의 구동신호에 의해 동작하도록, 게이트가 제어회로(160)의 구동신호 인가단(GATE)에 연결된다.
110 : 인덕터(L) 120 : 프리 휠링 다이오드(DFW)
130 : 전력 스위치(MSW) 140 : LED
150 : 저항(Rcs)(150) 160 : 제어회로
170 : 캐패시터(Ccp) 180 : 캐패시터(CVDD)
190.191 : 다이오드 (D1, D2) 200 : 저항(Rcp)
210 : PMOS(MD1) 211 : NMOS(MD2)

Claims (14)

  1. 발광소자;
    제1 단자가 상기 발광소자에 연결되어 상기 발광소자를 온/오프하는 제1 스위칭 소자;
    상기 제1 스위칭 소자의 제2 단자에 연결되어 상기 제1 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어회로;
    상기 제어회로와 상기 발광소자의 공급 전원 사이에 연결되어 상기 제어회로의 구동을 위한 전류를 공급하는 전하 펌프 회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스위칭 소자의 제3 단자에 연결된 제1 저항소자를 더 포함하되, 상기 제어회로는 상기 제1 저항소자에 흐르는 전류를 감지하여 상기 제1 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전하 펌프 회로는,
    상기 발광소자와 상기 제1 스위칭 소자의 제1단자 사이의 중간노드와 상기 제어회로의 전원공급단 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전하 펌프 회로는,
    상기 중간노드와 상기 전원공급단 사이에 직렬 연결되는 제2 스위칭 소자 및 제1 충전소자와,
    상기 제2 스위칭 소자와 상기 제1 충전소자 사이의 중간노드에 연결된 제1단자를 가지는 제3 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제3 스위칭 소자의 제2 단자는 접지되는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제3 스위칭 소자의 제 2단자는 상기 제1 스위칭 소자의 제3단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전하 펌프 회로는
    상기 제2 스위칭 소자 및 상기 제3 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 구동소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동 장치.
  8. 제 4 항 내지 7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전하 펌프 회로는
    상기 제1 충전소자에 직렬 연결되어 상기 제1 충전소자의 방전 전류를 제한하는 제2 저항소자를 더 포함하는 것을 특징으로 발광소자 구동 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전하 펌프 회로와 상기 제어회로 사이에 연결되어 상기 전하 펌프 회로에서 공급되는 전하를 충전하는 제 2충전소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동 장치.
  10. 제 4 항 내지 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전하 펌프 회로는,
    상기 제1 스위칭 소자의 온 상태 시에 충전 동작을 수행하고, 오프 상태 시에는 방전 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 발광소자 구동 장치.
  11. 발광소자의 제어회로에 전원을 공급하는 발광 소자 구동 장치에 있어서,
    상기 발광소자에 연결된 제1 단자, 상기 제어회로로부터 제어신호를 입력받는 제2 단자, 및 제3 단자를 가진 제1 스위칭 소자;
    상기 제1 스위칭 소자의 상기 제1 단자에 연결된 제1 단자를 가진 충전소자;
    상기 충전소자의 제2 단자에 연결된 제1 단자, 및 상기 제어회로의 전원공급단자에 연결된 제2 단자를 가지는 제2 스위칭 소자; 및
    상기 충전소자의 상기 제2 단자와 상기 제2 스위칭 소자의 상기 제1 단자 사이의 중간 노드에 연결된 제1 단자, 및 상기 제1 스위칭 소자의 상기 제3 단자에 연결된 제2 단자를 가진 제3 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 구동 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 스위칭 소자는 모스 트랜지스터이고, 상기 제2 및 3 스위칭 소자는 다이오드인 것을 특징으로 하는 발광 소자 구동 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 내지 3 스위칭 소자는 모스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 발광 소자 구동 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 발광 소자 구동 장치는,
    상기 제2 스위칭 소자 및 상기 제3 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 구동소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자 구동 장치.
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