KR101342634B1 - 상위 벅 트랜지스터를 가진 스위칭 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 배경 조명 유닛(BLU)을 위한 비용-효율적인 드라이버 회로를 제공한다. 이러한 목적을 위하여, 상위 트랜지스터(T1)를 가진 벅 회로가 제공된다. 벅 트랜지스터(1)는 2개의 추가 트랜지스터(Q1, Q2)를 통해 구동된다. 제 1 트랜지스터(Q1)는 그것의 기준 전극에서 DC 전압원의 양의 단자에 접속되고, 그것의 작동 전극에서 벅 트랜지스터(T1)의 제어 전극에 접속되고, 그것의 제어 전극에서 커패시터(C3)를 경유하여 신호 콘택에 접속되며, 상기 신호 콘택은 외부에 의해 구동될 수 있다. 제 2 트랜지스터(Q2)는 그것의 기준 전극에서 접지에 접속되고, 그것의 작동 전극에서 벅 트랜지스터(T1)의 제어 전극에 접속되며, 그것의 제어 전극에서 신호 콘택(K5)에 접속되며, 상기 신호 콘택(K5)은 외부에 의해 구동될 수 있다. 벅 트랜지스터(T1)는 발광 다이오드들(D5 내지 D10)을 동작시킬 목적으로 단자(K5)에서 대응하는 게이트 신호를 통해 스위치 온될 수 있다. 따라서, 유리하게 100 V 아래의 동작 전압을 위한 비용-효율적인 표준 트랜지스터들(Q1, Q2)이 스위칭 제어기를 위해 사용될 수 있다.

Description

상위 벅 트랜지스터를 가진 스위칭 장치{SWITCHING APPARATUS WITH AN UPPER BUCK TRANSISTOR}
본 발명은 스위칭 엘리먼트를 가진 발광 장치를 동작시키기 위한 회로 장치에 관한 것으로서, 상기 스위칭 엘리먼트의 기준 전극은 DC 전압원의 양극에 접속될 수 있고, 그 작동 전극은 발광 장치의 제 1 콘택에 접속될 수 있으며, 상기 스위칭 엘리먼트는 제어 전극을 갖는다. 부가하여, 상기 회로 장치는 콘택 장치를 갖는데, 상기 콘택 장치를 사용하여 발광 장치의 제 2 콘택은 DC 전압원의 음극에 접속될 수 있다.
소위 백라이트 유닛(BLU)은 LCD 모니터의 백라이팅을 위해 사용된다. 이러한 백라이트 유닛은 통상적으로 LED들을 사용하여 구현된다. 소위 벅 회로(buck circuit)는 종종 LED BLU를 구동하기 위하여 사용된다. 이러한 회로는 스텝-다운 컨버터로서 작용하는데, 높은 공급 전압은 전류 제한을 목적으로 LED BLU를 위한 구동 전압의 더 낮은 레벨로 감소된다.
LED BLU의 벅 회로를 사용하기 위하여, 전류 측정의 경우에 스위칭 트랜지스터가 최상위(즉, 양 전위)에 있고 전류 측정은 음 전위에서 일어날 수 있다면 유리하다. 이것은 공급 전압보다 더 높은 전압으로 스위칭 트랜지스터를 구동하는 것 이 필수적이라는 문제점을 야기한다. 시스템 전압 애플리케이션들에 대한 완전한 IC 해결책들이 상위(high-side) 트랜지스터를 구동할 목적으로 시장에 나와 있다. 전형적인 상위 드라이버들은 600 V의 공급 전압들에 대해 적합하다. 그러나, 상기 드라이버들은 12 내지 100 V의 공급 전압들에 대하여 사용되기 어렵다. 따라서, 이러한 전압 범위에 대하여 특별히 생산된 드라이버가 필요하다. 그러나, 이것은 비교적 값이 비쌀 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 상위 스위칭 엘리먼트를 갖는 벅 회로를 사용하여 발광 장치를 동작시키기 위한 비용-효율적인 해결책을 발견하는 것에 있다.
이러한 목적은 스위칭 엘리먼트 및 콘택 장치로 발광 장치를 동작시키기 위한 회로 장치에 의해 본 발명에 따라 달성되는데, 상기 스위칭 엘리먼트의 기준 전극은 DC 전압원의 양극에 접속될 수 있고, 그것의 작동 전극은 발광 장치의 제 1 콘택에 접속될 수 있으며, 상기 스위칭 엘리먼트는 제어 전극을 구비하며, 상기 콘택 장치를 사용하여 발광 장치의 제 2 콘택은 DC 전압원의 음극에 접속될 수 있고, 제 1 트랜지스터(Q1)는 그것의 기준 전극에서 DC 전압원의 양극에 접속되고, 그것의 작동 전극에서 스위칭 엘리먼트의 제어 전극에 접속되며, 그것의 제어 전극에서 커패시터(C3)를 경유하여 외부에 의해 구동가능한 신호 콘택에 접속되고, 제 2 트랜지스터(Q2)는 그것의 기준 전극에서 콘택 장치에 접속되고, 그것의 작동 전극에서 스위칭 엘리먼트의 제어 전극에 접속되며, 그것의 제어 전극에서 외부에 의해 구동가능한 신호 콘택에 접속된다.
본 발명에 따른 회로 장치를 사용하여, 낮은 전압 범위를 위한 개별 부품으로서 제조된 값 비싼 상위 드라이버가 회피될 수 있다. 상위 스위칭 엘리먼트에 부가하여, 단지 2개의 비용-효율적인 표준 트랜지스터들이 요구된다.
바람직하게, 스위칭 엘리먼트는 인핸스먼트 타입(enhancement type)의 p-채널 전력 MOSFET 트랜지스터를 포함한다. 그리하여, 이러한 트랜지스터가 의도적으로 스위칭 온 되지 않는다면, 회로 장치에 의해 구동된 발광 장치는 원칙적으로 스위치 오프 된다.
회로 장치의 제 1 및 제 2 트랜지스터는 전계 효과 트랜지스터를 포함한다. 특히, MOSFET들이 스위칭 엘리먼트를 구동하기에 적합하다. 대안적으로, 2개의 트랜지스터들은 또한 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor)일 수 있다. 특히, 제 1 트랜지스터는 pnp 바이폴라 트랜지스터이고 제 2 트랜지스터는 npn 바이폴라 트랜지스터인 것이 바람직하다.
바람직하게, 제 1 RC 엘리먼트는 제 2 트랜지스터의 출력 전극과 스위칭 엘리먼트의 제어 전극 사이에 접속되고, 제 2 RC 엘리먼트는 제 2 트랜지스터의 기준 전극과 콘택 장치 사이에 접속된다. 이러한 RC 엘리먼트들은 스위칭 엘리먼트의 스위칭 속도를 설정하기 위해 사용될 수 있다.
부가하여, 하나 이상의 분로 저항기(shunt resistor)들이 콘택 장치와, 발광 장치의 제 2 콘택 사이에 접속될 수 있다. 그리하여 출력 전류가 측정될 수 있다. 목적하는 저항 값을 얻기 위하여, 적절한 전력 손실을 갖는 저항기들을 구비한 대응 저항 회로가 사용될 수 있다.
본 발명은 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 LED BLU를 위한 본 발명에 따른 회로 장치의 회로 다이어그램을 보여준다.
이하에서 보다 상세히 기술되는 예시적인 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸다.
도면에 도시된 회로는 DC 전압원(미도시)에 의해 공급되고, DC 전압원은 단자들(K1 및 K2)에 대한 DC 전압(UDC)를 생성한다. 이러한 DC 전압은 이러한 경우 100 V보다 작다. 더욱이, 통상적으로 DC 전압(UDC)의 평활화(smoothing)에 기여하는 커패시터(C1)는 단자들(K1과 K2) 사이에 접속된다. 단자(K2)는 접지 전위를 나타낸다.
p 전력 MOS 트랜지스터(T1)는 DC 전압원의 양극, 즉, 단자(K1)에 접속된다. 상위 벅 트랜지스터가 야기된다. 벅 트랜지스터(T1)의 출력 전극은 인덕터(L1)를 경유하여 단자(K3)에 접속된다. 단자(K2)는 서로에 대해 병렬로 접속된 분로 저항기들(R30, R31 및 R32)을 경유하여 단자(K4)에 접속된다. LED 어레이는 이러한 경우 6개의 발광 다이오드들(D5 내지 D10)을 포함하는 직렬 회로에 의해 단순화된 형태로 도시되는데, 상기 LED 어레이는 단자들(K3 및 K4) 사이에서 클램핑된다. 부가하여, 발광 다이오드들의 공급 전압을 평활화하기 위한 커패시터(C5)가 단자들(K3과 K4) 사이에 배치된다. 프리휠링 다이오드(D3)는 그것의 캐소드에서 벅 트 랜지스터(T1)의 출력 전극에 접속되고, 그것의 애노드에서 단자(K2)에 접속된다. 벅 트랜지스터(T1) 및 프리휠링 다이오드(D3 및 L1)는 스텝-다운 컨버터 기능을 수행한다.
벅 트랜지스터(T1)의 제어 전극은 2개의 바이폴라 트랜지스터들(Q1 및 Q2)에 의해 구동되고, 상기 트랜지스터들(Q1 및 Q2)은 대안적으로 MOSFET 트랜지스터들의 형태를 가질 수 있다. 트랜지스터(Q1)는 pnp 트랜지스터로서 구현되고, 트랜지스터(Q2)는 npn 트랜지스터로서 구현된다. 트랜지스터(Q1)의 에미터 또는 기준 전극은 단자(K1)에 접속되는 반면, 트랜지스터(Q1)의 콜렉터 또는 출력 전극은 벅 트랜지스터(T1)의 제어 전극에 접속된다. 트랜지스터(Q1)를 보호하기 위한 제너 다이오드(D1)는 트랜지스터(T1)의 소스와 게이트 사이에 배치된다. 다이오드(D2)와 저항기(R4)를 포함하는 병렬 회로는 트랜지스터(Q1)의 베이스, 즉, 제어 전극과 에미터 사이에 접속된다.
트랜지스터(Q2)의 콜렉터, 즉, 출력 전극은 저항기(R2) 및 커패시터(C6)를 포함하는 병렬 회로를 경유하여 벅 트랜지스터(T1)의 제어 전극에 접속된다. 트랜지스터(Q2)의 에미터, 즉, 기준 전극은 저항기(R1) 및 커패시터(C4)를 포함하는 추가의 병렬 회로를 경유하여 단자(K2)에 접속된다. 트랜지스터(Q2)의 베이스, 즉, 제어 전극은 저항기(R3)를 경유하여 신호 단자(K5)에 접속된다. 마찬가지로, 트랜지스터(Q1)의 베이스는 커패시터(C3)를 경유하여 단자(K5)에 접속된다. 스위칭 신호는 적합한 방식으로 벅 트랜지스터(T1)를 구동하기 위하여 단자(K5) 내로 공급될 수 있다. 이러한 목적을 위하여 사용된 게이트 신호는 예컨대, 구형파(sqare-wave) 펄스들의 시퀀스를 포함한다.
추가 단자들(K6 및 K7)은 벅 트랜지스터(T1)의 출력 전극 또는 접지에 접속된다. 따라서, 예컨대, 특정 탭들이 구현될 수 있다.
상위 벅 트랜지스터(T1)는 앤핸스먼트 타입의 p-채널 트랜지스터이다. 따라서 그것은 보통 스위치 오프된다. 만약 트랜지스터(Q2)가 R3를 경유하여 턴 온 된다면, 벅 트랜지스터(T1)의 게이트는 그것의 소스(기준 전극)에 대하여 음이고 벅 트랜지스터(T1)는 스위치 온 된다. 게이트 신호가 벅 트랜지스터(T1)에 입력되는 때, 트랜지스터(Q1)가 커패시터(C3)에 의해 짧은 시간 주기 동안 턴 온 된다. 그것은 도전하고 벅 트랜지스터(T1)를 다시 스위치 오프 시킨다.
분로 저항기들(R30, R31, R32)이 출력 전류를 측정하기 위하여 사용된다. 만약 저항 값 및 전력 손실이 적절한 크기를 갖는다면, 원칙적으로, 하나의 저항기가 이를 위해 충분하다. 그러나 비용을 이유로 복수 개의 저항기들을 사용하여 특정 저항 값을 달성하는 것이 보통 필수적이다.
따라서, 본 발명에 따라, 하나의 p 전력 MOS 트랜지스터(T1)를 구비한 2개의 비용-효율적인 표준 트랜지스터(Q1, Q2)를 사용하여 LED BLU를 구동하는 것이 가능하다. 충분히 유리한 p-채널 전력 MOSFET들이 60 V까지의 전압 범위에 대하여 시장에서 이용가능하다.

Claims (7)

  1. 발광 장치를 동작시키기 위한 회로 장치로서,
    스위칭 엘리먼트(T1) ― 상기 스위칭 엘리먼트(T1)의 기준 전극은 DC 전압원의 양극(K1)에 접속될 수 있고, 상기 스위칭 엘리먼트(T1)의 작동 전극은 상기 발광 장치(D5 내지 D10)의 제 1 콘택(K3)에 접속될 수 있으며, 상기 스위칭 엘리먼트(T1)는 제어 전극을 구비함 ―;
    콘택 장치 ― 상기 발광 장치(D5 내지 D10)의 제 2 콘택(K4)은 상기 콘택 장치를 사용하여 상기 DC 전압원의 음극(K2)에 접속될 수 있음 ―;
    를 포함하고,
    제 1 트랜지스터(Q1)가 그 기준 전극에서 상기 DC 전압원의 상기 양극(K1)에 접속되고, 그 작동 전극에서 상기 스위칭 엘리먼트(T1)의 제어 전극에 접속되며, 그 제어 전극에서 커패시터(C3)를 통해 외부에서 구동될 수 있는 신호 콘택(K5)에 접속되며,
    제 2 트랜지스터(Q2)는 그 기준 전극에서 상기 콘택 장치에 접속되고, 그 작동 전극에서 상기 스위칭 엘리먼트(T1)의 제어 전극에 접속되며, 그 제어 전극에서 상기 외부에서 구동될 수 있는 신호 콘택(K5)에 접속되는,
    발광 장치를 동작시키기 위한 회로 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 엘리먼트(T1)는 인핸스먼트 타입의 p-채널 전력 MOSFET 트랜지스터를 포함하는,
    발광 장치를 동작시키기 위한 회로 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터(Q1) 및 상기 제 2 트랜지스터(Q2)는 각각의 경우에 전계 효과 트랜지스터인,
    발광 장치를 동작시키기 위한 회로 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터(Q1)는 pnp 바이폴라 트랜지스터인,
    발광 장치를 동작시키기 위한 회로 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터(Q2)는 npn 바이폴라 트랜지스터인,
    발광 장치를 동작시키기 위한 회로 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제 1 RC 엘리먼트(R2, C6)가 상기 제 2 트랜지스터(Q2)의 작동 전극과 상기 스위칭 엘리먼트(T1)의 제어 전극 사이에 접속되고, 제 2 RC 엘리먼트(R1, C4)가 상기 제 2 트랜지스터(Q2)의 기준 전극과 상기 콘택 장치 사이에 접속되는,
    발광 장치를 동작시키기 위한 회로 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    하나 이상의 분로 저항기(R30, R31, R32)가 상기 콘택 장치와 상기 발광 장치의 제 2 콘택(K4) 사이에 접속되는,
    발광 장치를 동작시키기 위한 회로 장치.
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