KR101363267B1 - Ｌｅｄ 구동 회로 - Google Patents

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KR101363267B1
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나오하루 후루카와
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산켄덴키 가부시키가이샤
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Abstract

LED(10)를 구동하는 LED 구동 회로에 있어서, LED(10)에 전류를 공급하기 위한 전력 에너지를 축적하는 리액터(L1)와, 스위치 소자(Q1)와, 스위치 소자(Q1)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 저항(R1)과, 스위치 소자(Q1)에 흐르는 전류를 일정하게 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 정전류 회로(2)와, 전류 검출 저항(R1)에 의해 검출된 전류와 제1 제어 신호에 기초하여, 스위치 소자(Q1)가 온 상태에서 오프 상태로 스위칭되는 타이밍으로부터 소정 시간 경과 후에, 스위치 소자(Q1)에 소정값 이상의 전류가 흐르고 있다고 판단한 경우에, 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지하기 위한 제2 제어 신호를 생성하는 단선 검지 회로(4a)와, 제1 제어 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)를 구동하는 동시에, 제2 제어 신호에 기초하여 단선시에 제1 제어 신호에 우선하여 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지하는 스위치 소자 구동 회로(3)를 포함한다.

Description

ＬＥＤ 구동 회로{LED DRIVE CIRCUIT}
본 발명은 LED(발광 다이오드)를 구동하는 LED 구동 회로에 관한 것이다.
최근, LED를 구동하는 LED 구동 회로의 개발·실용화가 진행되고 있으며, 일 예로 PWM 정전류 제어를 이용한 LED 조명을 들 수 있다. 도 1은 관련하는 LED 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도이다. 이 LED 구동 회로는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 회생 다이오드(D1), 리액터(L1) 및 드라이버(IC1)를 구비하여, LED(10)를 구동시킨다. 또한, 드라이버(IC1)는 내부에 FET 등의 스위치 소자(Q1)와, 스위치 소자 구동 회로(3)와, 정전류 회로(2)를 가지고 있다. 이 드라이버(IC1)는, 스위치 소자(Q1)에 대하여 직렬 접속이 되도록 외부의 전류 검출 저항(R1)에 접속되어 있지만, 해당 전류 검출 저항(R1)을 내부에 가지고 있어도 된다. 나아가, 정전류 회로(2)는, 컴퍼레이터(21)와 제어 회로(22)로 이루어지며, 스위치 소자(Q1)에 일정값 이상의 전류가 흐르는 것을 방지한다.
컴퍼레이터(21)는, - 측 단자에 입력되는 기준 전압(Vref)과 + 측 단자에 입력되는 전류 검출 저항(R1)에 생기는 전압을 비교하여, 비교 결과를 제어 회로(22)에 대하여 출력한다. 전류 검출 저항(R1)은, 스위치 소자(Q1)에 직렬로 접속되어, 스위치 소자(Q1)에 흐르는 전류에 따른 전압을 양단(兩端)에 발생시켜, 컴퍼레이터(21)의 + 측 단자에 해당 전압을 인가한다. 제어 회로(22)는, 컴퍼레이터(21)에 의한 비교 결과에 기초하여 스위치 소자(Q)의 온 듀티비를 조정하기 위한 신호를 출력한다.
스위치 소자 구동 회로(3)는, 정전류 회로(2) 내의 제어 회로(22)에 의한 출력 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트에 전압을 인가하여, 스위치 소자(Q1)의 온/오프를 수행한다.
다음으로, 관련하는 LED 구동 회로의 동작에 대하여 설명한다. 도 2는 관련하는 LED 구동 회로의 동작에 대하여 설명하는 도면이다. 또한, 도 3은 관련하는 LED 구동 회로의 동작에 있어서의 각 부의 파형을 나타내는 도면이다. 한편, 도 2에서, 정전류 회로(2) 및 스위치 소자 구동 회로(3)는 기재가 생략되어 있지만, 실제로는 존재한다.
우선, 스위치 소자(Q1)는, 도 3의 시각 t0에서 소정의 게이트 전압(Vg)이 스위치 소자 구동 회로(3)로부터 인가됨에 따라 온된다. 이때, 온 전류(부하 전류)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 전원으로부터 리액터(L1), 스위치 소자(Q1), 전류 검출 저항(R1), 그라운드 순으로 흐르고, 리액터(L1)에 역기전력을 축적한다.
도 3의 시각 t0으로부터 t1 사이에서, 온 전류는, 리액터(L1)의 정수에 따라 소정의 기울기(di=L1×dV/dt)를 가지고 증가한다. 이 온 전류가 전류 검출 저항(R1)에 흐르고 있기 때문에, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(Vrs)도 마찬가지로 증가한다.
시각 t1에서, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(Vrs)이 기준 전압(Vref)을 넘으면, 컴퍼레이터(21)의 출력이 반전하므로, 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 오프하기 위한 신호를 출력한다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 출력 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 낮추어, 스위치 소자(Q1)를 오프시킨다.
이에 따라, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 축적 에너지는, 리액터(L1), LED(10) 및 다이오드(D1)로 형성된 루프를 회생 전류로서 흘러 소비된다. 따라서, 전류 검출 저항(R1)에 전류는 흐르지 않고, 전류 검출 저항(R1)의 양단의 전압(Vrs)은 0이 된다.
그 후, 소정 시간 경과 후에, 시각 t2에서 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 온하기 위한 신호를 출력한다. 즉, 여기서 설명하는 관련하는 LED 구동 회로는, 오프 시간 고정으로 동작을 수행하는 회로이다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 출력 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 올려, 스위치 소자(Q1)를 온시킨다.
이상 설명한 동작을 반복함에 따라, 도 1에 나타내는 관련하는 LED 구동 회로는, LED(10)에 적절한 전류를 공급하여 구동시킬 수 있다.
일본 특허공개공보 특개 2006-319221호(특허문헌 1)에는, 간이한 구성으로 실현 가능하며, 병렬로 배치된 복수의 LED 회로에 동일한 전류를 흐르게 하는 LED 구동 회로가 기재되어 있다. 이 LED 구동 회로는, 시간적으로 변화하는 전류를 생성하는 전류원과, 제1 및 제2의 평활 콘덴서를 구비하고, 제1 평활 콘덴서와 병렬로 배치되어, 1개 혹은 직렬 접속된 복수의 LED로 이루어지는 제1 LED 회로와, 제2 평활 콘덴서와 병렬로 배치되어, 1개 혹은 직렬 접속된 복수의 LED로 이루어지는 제2 LED 회로를 구동하는 회로이다. 그리고, LED 구동 회로는 2개의 코일이 탭을 통해 접속되는 동시에 상기 탭에 상기 전류원에서 생성된 전류가 흘러 들어가도록 구성된 분류(分流) 코일과, 해당 분류 코일의 일방 단 및 상기 제1 평활 콘덴서의 일방 전극 간에 접속된 제1 역류 방지 다이오드와, 해당 분류 코일의 타방 단 및 상기 제2 평활 콘덴서의 일방 전극 간에 접속된 제2 역류 방지 다이오드를 구비하고 있다.
이 LED 구동 회로에 의하면, 전류원에 의해 생성된 시간적으로 변화하는 전류가 분류 코일로 흘러들어간다. 이때, 해당 분류 코일에서는 전자(電磁) 결합 작용이 발생하고, 제1 및 제2 LED 회로의 순방향 전류-순방향 전압 특성에 상관없이, 전류원으로부터 흘러들어간 전류를 2개의 권선수의 역비로 나눌 수 있다. 그리고, 분류된 전류를, 각 역류 방지 다이오드를 통하여, 병렬로 배치된 평활 커패시터 및 LED 회로에 부여할 수 있다. 이에 따라, 각 LED 회로의 순방향 전류-순방향 전압 특성이 상이하더라도, 각 LED 회로에 원하는 전류(예를 들어, 동일한 전류)를 흐르게 할 수 있다. 그 결과, 각 LED 회로에서의 광량(휘도)의 불균일 및 전류값의 상이함에 의해 온도 상승이나 수명 차이의 발생과 같은 문제를 해결할 수 있으므로, 심플한 구성으로 고품위의 제품을 제공할 수 있다. 또한, 제조 비용을 낮게 억제시킬 수 있게 된다.
그러나, 회생 다이오드(D1)나 LED(10) 등의 소자가 파괴됨에 따른 단선이나, 물리적으로 배선이 벗어남에 따라, 스위치 소자(Q1)가 파괴에 이르는 경우를 생각할 수 있다. 도 4는 단선이 발생한 경우의 관련하는 LED 구동 회로의 동작에 대하여 설명하는 도면이다. 또한, 도 5는 단선이 발생한 경우의 관련하는 LED 구동 회로의 동작에 있어서의 각 부의 파형을 나타내는 도면이다. 한편, 도 4에서, 정전류 회로(2) 및 스위치 소자 구동 회로(3)는 기재가 생략되어 있지만, 도 2와 마찬가지로, 실제로는 존재한다고 가정한다.
우선, 스위치 소자(Q1)는, 도 5의 시각 t0에서 소정의 게이트 전압(Vg)이 스위치 소자 구동 회로(3)로부터 인가되는 것에 의해 온된다. 이때, 온 전류(부하 전류)는, 도 4에 나타내는 바와 같이 전원으로부터 리액터(L1), 스위치 소자(Q1), 전류 검출 저항(R1), 그라운드 순으로 흐르고, 리액터(L1)에 역기전력을 축적한다.
도 5의 시각 t0으로부터 t1 사이에, 온 전류는 리액터(L1)의 정수에 따라 소정의 기울기(di=L1×dV/dt)를 가지고 증가한다. 이 온 전류가 전류 검출 저항(R1)에 흐르고 있기 때문에, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(Vrs)도 마찬가지로 증가한다.
여기서, 시각 t0으로부터 t1 사이에서 단선이 발생한 것으로 가정한다. 시각 t1에서, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(Vrs)이 기준 전압(Vref)을 넘으면, 컴퍼레이터(21)의 출력이 반전하므로, 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 오프하기 위한 신호를 출력한다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 출력 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 낮추어, 스위치 소자(Q1)를 오프시킨다.
그러나, 단선이 발생하고 있기 때문에, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 축적 에너지는, LED(10)측으로 회생 전류로서 흐를 수 없다. 따라서, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 에너지는, 오프 상태의 스위치 소자(Q1)를 브레이크 다운시켜 전류를 흘리고, 도 5의 시각 t2가 될 때까지 완전히 소비된다.
여기서 브레이크 다운시의 전압(Vdss)은, 정상 동작시의 스위치 소자(Q1)의 드레인 전압(Vbb)보다 높으므로, 오프 기간에 흐르는 전류가 같더라도 소비되는 에너지는 크게 되어, 도 5의 시각 t2까지 소비된다.
즉, 소비되는 에너지는 역기전력의 크기나 브레이크 다운 전압(Vdss)에 의해 좌우되며, 시각 t1 ~ t2는 임의로 변한다.
그 후, 스위치 소자(Q1)가 오프된 시각 t1로부터 소정 시간 경과 후의 시각 t3에서, 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 온하기 위한 신호를 출력한다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 출력 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 올려, 스위치 소자(Q1)를 온시킨다.
리액터(L1)에 축적된 에너지가 소비되었기 때문에, 리액터(L1), 스위치 소자(Q1) 및 전류 검출 저항(R1)을 흐르는 온 전류는, 0에서부터 서서히 상승하게 된다. 이에 수반하여, 전류 검출 저항(R1)의 양단에 생기는 전압(Vrs)도 0에서부터 서서히 상승하므로, 기준 전압(Vref)을 넘기까지의 시간이 길어져, 스위치 소자(Q1)의 온 시간(시각 t3으로부터 t4까지)은, 단선 발생 전보다 길어진다.
또한, 시각 t1 ~ t3의 기간, 항상 스위치 소자(Q1)가 브레이크 다운되어 있는 경우에는, 회생된 에너지량으로부터 전류가 흐르기 시작한다.
시각 t4에서, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(Vrs)이 기준 전압(Vref)을 넘으면, 스위치 소자(Q1)는 재차 오프된다. 시각 t1의 경우와 마찬가지로, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 에너지는, 오프 상태의 스위치 소자(Q1)를 브레이크 다운시켜 전류를 흘려, 도 5의 시각 t5가 될 때까지 완전히 소비된다. 이상의 동작이 반복되는 것에 의해, 스위치 소자(Q1)는 파괴된다.
즉, 스위치 소자(Q1)가 온/오프 동작을 반복하는 것으로, 스위치 소자(Q1)의 발열이 증가하여, 파괴 내량(耐量)이 저하(스위치 소자(Q1)의 접합부 온도의 상한 한계값까지의 마진이 감소)된다. 내량이 인가 에너지를 하회한(스위치 소자(Q1)의 접합부 온도가 최대 온도를 넘은) 시점에, 스위치 소자(Q1)는 파괴에 이른다.
또한, 특허문헌 1에 기재된 LED 구동 회로에서도, 상술한 문제와 마찬가지의 문제가 발생할 가능성을 생각할 수 있다. 특허문헌 1에 기재된 LED 구동 회로는, 복수의 LED 회로에 구동 전류를 동등하게 분류하기 위하여, 전류원이 되는 스위칭 전원 회로의 출력측에 접속된 분류 코일을 구비하고 있다. 그러나, 분류 코일이나 그 앞의 정류 다이오드에 단선 등의 장애가 발생한 경우에는, 스위칭 전원 회로 내의 스위칭 소자가 온 되었을 때에 코일에 축적된 에너지는, 방출처가 없어지므로, 스위칭 소자의 오프 시에 브레이크 다운 동작으로 스위칭 소자에 소비되고, 결국에는 파손에 이른다는 문제가 있다.
본 발명에 따르면, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하여, LED 등의 소자 파괴나 단선 등이 발생한 경우에도, 스위치 소자의 파괴를 회피하는 LED 구동 회로를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 LED 구동 회로는, 상기 과제를 해결하기 위하여, LED를 구동하는 LED 구동 회로에 있어서, 상기 LED에 전류를 공급하기 위한 전력 에너지를 축적하는 리액터와, 온 시에 상기 리액터에 전류를 흐르게 하는 동시에, 오프 시에 상기 리액터에 축적된 에너지를 상기 LED에 공급시키기 위한 스위치 소자와, 상기 스위치 소자에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기와, 상기 전류 검출기에 의해 검출된 전류값에 기초하여, 상기 스위치 소자에 흐르는 전류를 일정하게 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 정전류 회로와, 상기 전류 검출기에 의해 검출된 전류와 상기 정전류 회로에 의해 생성된 제1 제어 신호에 기초하여, 상기 스위치 소자가 온 상태에서 오프 상태로 스위칭되는 타이밍으로부터 소정 시간 경과 후에 상기 스위치 소자에 소정값 이상의 전류가 흐르고 있다고 판단한 경우에, 상기 스위치 소자를 오프 상태로 유지하기 위한 제2 제어 신호를 생성하는 단선 검지 회로와, 상기 정전류 회로에 의해 생성된 제1 제어 신호에 기초하여 상기 스위치 소자를 구동하는 동시에, 상기 단선 검지 회로에 의해 생성된 제2 제어 신호에 기초하여 단선시에 상기 제1 제어 신호에 우선하여 상기 스위치 소자를 오프 상태로 유지하는 스위치 소자 구동 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, LED 등의 소자 파괴나 단선 등이 발생한 경우에도, 스위치 소자의 파괴를 회피하는 LED 구동 회로를 제공할 수 있다.
도 1은 관련하는 LED 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2는 관련하는 LED 구동 회로의 동작에 대하여 설명하는 도면이다.
도 3은 관련하는 LED 구동 회로의 동작에 있어서의 각 부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 4는 단선이 발생한 경우의 관련하는 LED 구동 회로의 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는 단선이 발생한 경우의 관련하는 LED 구동 회로의 동작에 있어서의 각 부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1의 형태의 LED 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1의 형태의 LED 구동 회로의 동작을 나타내는 각 부의 파형도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1의 형태의 LED 구동 회로의 단선 검지 회로에 의한 단선 검지 영역을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1의 형태의 LED 구동 회로의 다른 구성에 의한 동작에 대하여 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예 1의 형태의 LED 구동 회로의 다른 구성에 의한 동작에 있어서의 각 부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예 1의 형태의 LED 구동 회로의 다른 구성에 의한 단선이 발생한 경우의 동작에 대하여 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예 1의 형태의 LED 구동 회로의 다른 구성에 의한 단선이 발생한 경우의 동작에 있어서의 각 부의 파형을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예 2의 형태의 LED 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 14는 본 발명의 실시예 2의 형태의 LED 구동 회로의 동작을 나타내는 각 부의 파형도이다.
도 15는 스텝업 컨버터에 의한 LED 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 16은 본 발명의 실시예 3의 형태의 LED 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 17은 본 발명의 실시예 3의 형태의 LED 구동 회로의 동작을 나타내는 각 부의 파형도이다.
이하, 본 발명의 LED 구동 회로의 실시 형태에 대해, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
실시예 1
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 우선, 본 실시 형태의 구성을 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시예 1의 벅 부스트 컨버터(Buck-Boost Converter) 방식의 LED 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도이다. 이 LED 구동 회로는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 회생 다이오드(D1), 리액터(L1), 전류 검출 저항(R1) 및 드라이버(IC1a)를 구비하여, LED(10)를 구동한다. 또한, 드라이버(IC1a)는, 내부에 FET 등의 스위치 소자(Q1)와, 스위치 소자 구동 회로(3)와, 정전류 회로(2)와, 단선 검지 회로(4a)를 가지고 있다. 따라서, 도 1에서 설명한 관련하는 LED 구동 회로와 상이한 점은, 단선 검지 회로(4a)가 새롭게 마련되어 있다는 점이다. 한편, 도 6에서, 도 1에서의 구성 요소와 동일 내지 균등한 것은 상기와 동일한 부호로 나타내며, 중복하는 설명을 생략한다.
리액터(L1)는, LED(10)에 전류를 공급하기 위한 전력 에너지를 축적한다. 또한, 스위치 소자(Q1)는, 온 시에 리액터(L1)에 전류를 흐르게 하는 동시에, 오프 시에 리액터(L1)에 축적된 에너지를 LED(10)에 공급시킨다.
전류 검출 저항(R1)은, 본 발명의 전류 검출기에 대응되고, 스위치 소자(Q1)에 흐르는 전류를 검출한다. 구체적으로는, 전류 검출 저항(R1)은, 스위치 소자(Q1)에 직렬로 접속되어, 스위치 소자(Q1)에 흐르는 전류에 따른 전압을 발생시킨다.
정전류 회로(2)는, 컴퍼레이터(21)와 제어 회로(22)로 이루어지고, 전류 검출 저항(R1)에 의해 검출된 전류값에 기초하여, 스위치 소자(Q1)에 흐르는 전류를 일정하게 제어하기 위한 제1 제어 신호를 제어 회로(22)에서 생성하고, 스위치 소자 구동 회로(3) 및 단선 검지 회로(4a)에 출력한다.
단선 검지 회로(4a)는, 본 발명의 단선 검지기에 대응하고, 전류 검출 저항(R1)에 의해 검출된 전류와 정전류 회로(2)에 의해 생성된 제1 제어 신호에 기초하여, 스위치 소자(Q1)가 온 상태에서 오프 상태로 스위칭되는 타이밍으로부터 소정 시간 경과 후에, 스위치 소자(Q1)에 소정값 이상의 전류가 흐르고 있다고 판단한 경우에, 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지하기 위한 제2 제어 신호를 생성한다.
스위치 소자 구동 회로(3)는, 정전류 회로(2)에 의해 생성된 제1 제어 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트에 전압을 인가하여, 스위치 소자(Q1)를 구동하는 동시에, 단선 검지 회로(4a)에 의해 생성된 제2 제어 신호에 기초하여 단선시에 제1 제어 신호에 우선하여 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지한다.
단선 검지 회로(4a)에 대하여 자세히 설명하면, 단선 검지 회로(4a)는 딜레이 회로(41)와, 컴퍼레이터(C1)와, NOR 게이트(43)와, SR 래치 회로(SR-FF)(44)로 이루어진다. 딜레이 회로(41)는, 정전류 회로(2)에 의해 생성된 제1 제어 신호에 소정의 지연(Tx)을 부여하여 출력한다. 컴퍼레이터(C1)는, 전류 검출 저항(R1)에 발생한 전압과 소정의 기준 전압(Vx)을 비교하여 비교 결과를 출력한다.
NOR 게이트(43)는, 딜레이 회로(41)의 출력과 컴퍼레이터(C1)의 출력이 모두 로우 레벨인 경우에만 하이 레벨의 신호를 SR 래치 회로(44)의 S단자에 출력하고, 그 밖의 경우에는 로우 레벨의 신호를 출력한다.
SR 래치 회로(44)는, 본 발명의 래치 회로에 대응하고, NOR 게이트(43)에 의해 하이 레벨의 신호가 출력된 경우에, 하이 레벨의 제2 제어 신호를 스위치 소자 구동 회로(3)에 출력한다. 스위치 소자 동구 회로(3)는, 하이 레벨의 제2 제어 신호가 입력되면, 제1 제어 신호의 상태에 관계없이, 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지한다.
즉, SR 래치 회로(44)는, 딜레이 회로(41)의 출력과 컴퍼레이터(C1)의 출력에 기초하여, 단선이 발생하고 있다고 판단한 경우에 래치 신호를 생성하여 제2 제어 신호로서 출력한다. 단선의 발생 유무는, NOR 게이트(43)에 의해 출력된 신호에 기초하여 판단된다. NOR 게이트(43)에 의해 하이 레벨의 신호가 출력된 경우에는, 스위치 소자(Q1)가 오프 상태임에도 불구하고 소정의 드레인 전류가 스위치 소자(Q1)에 흐르고 있다는 것을 의미하므로, SR 래치 회로(44)는, 단선(LED(10)나 회생 다이오드(D1)의 소자 파괴 등도 포함함)이 발생하고 있다고 판단하고, 래치 신호를 생성하여 제2 제어 신호로서 출력한다.
다음으로, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시의 형태의 작용을 설명한다. 도 7은 본 실시예의 LED 구동 회로의 동작을 나타내는 각 부의 파형도이다. 우선, 스위치 소자(Q1)는, 도 7의 시각 t0에서 소정의 게이트 전압이 스위치 소자 구동 회로(3)로부터 인가됨에 따라 온된다. 이때, 온 전류(부하 전류)는, 전원으로부터 리액터(L1), 스위치 소자(Q1), 전류 검출 저항(R1), 그라운드 순으로 흐르고, 리액터(L1)에 역기전력의 전력 에너지를 축적한다.
도 7의 시각 t0으로부터 t1 사이에서, 온 전류(Q1 전류, 부하 전류)는, 리액터(L1)의 정수에 따라 소정의 기울기(di=L1×dV/dt)를 가지고 증가한다. 이 온 전류가 전류 검출 저항(R1)에 흐르고 있기 때문에, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(R1부 발생 전압)도 마찬가지로 증가한다.
시각 t1에서, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(R1부 발생 전압)이 기준 전압(Vref)을 넘으면, 컴퍼레이터(21)의 출력이 반전하므로, 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 오프하기 위한 제1 제어 신호를 출력한다. 이 제1 제어 신호는, 구체적으로는 도 7에 나타내는 「정전류 회로 출력 전압」으로서, 시각 t1에서 스위치 소자(Q1)를 오프시키기 위해 로우 레벨이 된다.
스위치 소자 구동 회로(3)는, 정전류 회로(2)에 의해 생성된 제1 제어 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)를 구동한다. 따라서, 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 제1 제어 신호(정전류 회로 출력 전압)에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 낮추어, 스위치 소자(Q1)를 오프시킨다.
이에 의해, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 축적 에너지는, 리액터(L1), LED(10) 및 다이오드(D1)로 형성된 루프를 회생 전류로서 흘러 소비된다. 따라서, 전류 검출 저항(R1)에 전류는 흐르지 않고, 전류 검출 저항(R1)의 양단의 전압(R1부 발생 전압)은 0이 된다.
딜레이 회로(41)는, 제1 제어 신호에 소정의 지연(Tx)을 부여하여 출력하므로, 도 7의 「딜레이 회로 출력 전압」에 나타내는 바와 같이, 제1 제어 신호(정전류 회로 출력 전압)가 로우 레벨이 된 시점 t1로부터 소정 시간(Tx) 경과 후의 시각 t2에서 로우 레벨이 된다. 본 실시예에서, 딜레이 회로(41)는, 제어 회로(22)의 출력측에 접속되어, 직접 제1 제어 신호를 받는 구성이 되어 있지만, 반드시 이 구성에 한하지 않으며, 스위치 소자 구동 회로(3)의 출력측에 접속되는 구성이어도 된다. 이 경우에는, 딜레이 회로(41)는, 스위치 소자 구동 회로(3)의 출력에 기초하여, 간접적으로 제1 제어 신호를 받고, 소정의 지연(Tx)을 부여하여 출력하게 되므로, 제어 회로(22)에 접속된 경우와 동일한 동작이 된다.
또한, 시각 t2로부터 t3 사이에, 딜레이 회로(41)의 출력인 「딜레이 회로 출력 전압」은 로우 레벨이지만, 컴퍼레이터(C1)의 출력(C1 출력 전압)은 하이 레벨이기 때문에, NOR 게이트(43)는 로우 레벨의 출력을 유지한다.
그 후, 시각 t1로부터 소정 시간 경과 후의 시각 t3에서, 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 온하기 위한 하이 레벨의 제1 제어 신호를 출력한다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 제1 제어 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 올려, 스위치 소자(Q1)를 온시킨다.
시각 t3으로부터 t4 사이의 동작은, 상술한 시각 t0으로부터 t1 사이의 동작과 동일하므로, 중복하는 설명을 생략한다. 단, 시각 t3으로부터 t4 사이에서 단선이 발생한 것으로 가정한다. 이 「단선」은, 회생 경로인 LED(10) 또는 회생 다이오드(D1)가 접속되어 있는 부분의 배선이 벗어나거나, LED(10) 또는 회생 다이오드(D1) 자체가 파괴되어 단선 상태에 이른 경우를 포함하는 것으로, 도 6에 나타내는 「단선 발생 개소」에서의 어떠한 문제로 인해, 회생 경로가 물리적, 전기적으로 끊어져 있는 상태를 말한다.
시각 t4에서, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(R1부 발생 전압)이 기준 전압(Vref)을 넘으면, 컴퍼레이터(21)의 출력이 반전하므로, 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 오프하기 위한 제1 제어 신호를 출력한다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 출력 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 낮추어, 스위치 소자(Q1)를 오프시킨다.
그러나, 단선이 발생하고 있기 때문에, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 축적 에너지는, LED(10)측으로 회생 전류로서 흐를 수 없다. 따라서, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 에너지는, 오프 상태의 스위치 소자(Q1)를 브레이크 다운시켜 전류를 흘린다. 즉, 스위치 소자(Q1)가 갖는 고유의 내압으로 브레이크 다운되고, 그 고유의 전압을 유지한 채로 드레인 전류(리액터 전류)는 계속 흐른다. 이 전류는, 전류 검출 저항(R1)에도 흐르기 때문에, 전류 검출 저항(R1)에 정전위의 전위차를 발생시킨다. 따라서, 저항(R1)에 발생하는 전압이 기준 전압(Vx)보다도 높은 동안에는, 컴퍼레이터(C1)는 로우 레벨의 출력을 유지한다.
딜레이 회로(41)의 출력 전압은, 제1 제어 신호(정전류 회로 출력 전압)가 로우 레벨이 된 시점 t4로부터 소정 시간(Tx) 경과 후의 시각 t5에서 로우 레벨이 된다. 따라서, 시각 t5에서, 딜레이 회로(41)의 출력인 「딜레이 회로 출력 전압」이 로우 레벨이고, 컴퍼레이터(C1)의 출력(C1 출력 전압)도 로우 레벨이기 때문에, NOR 게이트(43)는 하이 레벨의 펄스 신호를 출력한다.
SR 래치 회로(44)는, NOR 게이트(43)에 의해 하이 레벨의 신호가 출력되었기 때문에, 단선이 발생하였다고 판단하여, 하이 레벨의 래치 신호를 제2 제어 신호로서 스위치 소자 구동 회로(3)에 출력한다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 단선 검지 회로(4a)에 의해 생성된 제2 제어 신호에 기초하여 단선시에 제1 제어 신호에 우선하여 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지한다. 즉, 스위치 소자 구동 회로(3)는, 하이 레벨의 제2 제어 신호가 입력되면, 제1 제어 신호의 상태에 관계없이, 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지한다.
도 8은 본 실시예의 LED 구동 회로의 단선 검지 회로(4a)에 의한 단선 검지 영역을 나타내는 도면이다. 도 8 중의 Vg는, 스위치 소자(Q1)의 게이트에 인가되는 전압을 나타내는 것이고, 도 7 중의 「Q1 게이트 전압」과 동일한 것이다. 이 Vg가 로우 레벨이 되는 타이밍은, 제1 제어 신호(도 7의 정전류 회로 출력 전압)가 로우 레벨이 되는 타이밍과 동일하다.
도 8 중의 Vrs는, 전류 검출 저항(R1)의 양단에 발생한 전압이고, 도 7 중의 「R1부 발생 전압」과 동일한 것이다. 또한, 도 8 중의 「단선 검지 신호」는, NOR 게이트(43)의 출력을 나타내는 신호이고, 도 7 중의 「NOR 게이트 출력 전압」과 동일한 것이다.
도 6 내지 도 8에 나타내는 바와 같이, 단선 검지 회로(4a)는, 정전류 회로(2)에 의해 생성된 제1 제어 신호가 오프가 되는 타이밍으로부터 블랭크 시간(Tx)이 경과한 후로서, 또한 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(Vrs)이 기준 전압(Vx)보다 높은 경우에 단선을 검지한다. NOR 게이트(43)는, 상술한 조건을 만족하는 경우에, 단선을 검지하였다고 하여, 단선 검지 신호를 SR 래치 회로(44)에 출력한다.
단선 검지 조건이 되는 딜레이 시간(Tx)은, 딜레이 회로(41)에 의해 0 이상의 값으로 조절이 가능하다. 0에 가까운 값으로 설정할수록 검지 레벨이 높다고 할 수 있지만, 채터링(chattering)의 발생이 예상되는 경우에는, 채터링의 영향이 나타나지 않을 정도로 딜레이 시간(Tx)을 설정할 필요가 있다. 만약, 딜레이 시간(Tx)의 길이를 0으로 설정하는 경우에, 딜레이 회로(41)는 불필요하다.
또한, 단선 검지 조건이 되는 기준 전압(Vx)은, 컴퍼레이터(C1)의 + 측 단자에 입력되는 전압에 의해 0 이상의 값으로 조절이 가능하다. 0에 가까운 값으로 설정할수록 검지 레벨이 높다고 할 수 있지만, 노이즈의 발생이 예상되는 경우에는, 노이즈의 영향이 나타나지 않을 정도로 기준 전압(Vx)을 설정할 필요가 있다.
도 7의 시각 t5에서 SR 래치 회로(44)에 의해 하이 레벨의 래치 신호가 제2 제어 신호로서 출력되면, 상술한 바와 같이, 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제1 제어 신호의 상태에 관계없이, 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지한다. 따라서, 도 7의 시각 t6에서 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압이 기준 전압(Vx)을 하회하여 NOR 게이트(43)의 출력이 로우 레벨이 되었다고 해도, SR 래치 회로(44)의 출력은 하이 레벨인 채, 스위치 소자(Q1)는 오프 상태를 유지한다.
따라서, 관련하는 LED 구동 회로라면, 단선 상태에도 불구하고 스위치 소자(Q1)의 온/오프가 반복되어, 스위치 소자(Q1)의 오프 시에 브레이크 다운 동작으로 리액터(L1)의 축적 에너지가 스위치 소자(Q1)에 소비되고, 이 동작이 반복됨에 따라 스위치 소자(Q1)를 파손에 이르게 하였는 바, 본 발명의 LED 구동 회로는, 단선 후에는 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지하여, 상술한 파괴 모드를 회피할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예 1의 형태에 관한 LED 구동 회로에 따르면, LED(10) 등의 소자 파괴나 단선 등이 발생한 경우에도, 스위치 소자(Q1)의 파괴를 회피할 수 있다. 상술한 바와 같이, 단선 검지 후는, 스위치 소자(Q1)가 오프 상태로 유지되기 때문에, 스위치 소자(Q1)의 발열이 증가하여 파괴 내량이 저하되는 등의 사태를 회피할 수 있다.
즉, 본 발명의 LED 구동 회로는, PWM 정전류 제어를 실현하기 위한 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전위차를 검지하여, 순식간에 스위치 소자(Q1)를 래치 오프함으로써, 스위치 소자(Q1)의 내량이 인가 에너지를 하회하기 전에 스위치 소자(Q1)의 파괴를 회피할 수 있다.
또한, 단선 검지 회로(4a) 내에 딜레이 회로(41)나 컴퍼레이터(C1)를 구비함으로써, 단선 검지 영역을 결정하기 위한 블랭크 시간(Tx) 및 기준 전압(Vx)을 조정할 수 있으므로, 본 실시예의 LED 구동 회로는, 채터링이나 노이즈의 영향을 받지 않고서 정확하게 단선을 검지할 수 있다.
한편, 도 9는 본 실시예의 LED 구동 회로의 다른 구성에 의한 동작에 대하여 설명하는 도면이다. 또한, 도 10은 본 실시예의 LED 구동 회로의 다른 구성에 의한 단선이 발생하지 않을 때의 각 부의 파형을 나타내는 도면이다. 단, 도 9에서, 정전류 회로(2), 스위치 소자 구동 회로(3) 및 단선 검지 회로(4a)의 기재는 생략하고 있다. 도 6에 나타내는 LED 구동 회로와 다른 점은, 강압 컨버터 방식이고, LED(10)가 온 전류의 경로 내에 마련되어 있다는 점이다. 따라서, 도 9에 나타내는 LED 구동 회로는, 온 전류와 오프 전류(회생 전류)의 양방의 전류를 LED(10)에 흐르게 하여 구동한다. 도 9에 나타내는 LED 구동 회로의 단선이 발생하지 않을 때의 동작은, 도 10에 나타내는 바와 같이, 도 3에서 설명한 관련하는 LED 구동 회로와 동일하므로 설명을 생략한다.
도 11은 본 실시예의 LED 구동 회로의 다른 구성에 의한 단선 발생시의 동작에 대하여 설명하는 도면이다. 또한, 도 12는 본 실시예의 LED 구동 회로의 다른 구성에 의한 단선 발생시의 각 부의 파형을 나타내는 도면이다. 단, 도 12의 파형은, 단선 검지 회로(4a)가 없는 경우의 동작에 대하여 설명하는 것이므로, 도 5와 동일하다. 단선 검지 회로(4a)를 구비하고 있는 경우에는, 본 실시예의 LED 구동 회로는, 단선 후는 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지하기 때문에, 도 12에서의 시각 t3 이후에 스위치 소자(Q1)를 온시키는 경우는 없다.
도 9, 6에 나타내는 바와 같은 구성인 경우에 문제가 되는 것은, 온 전류가 흐르지 않고 회생 전류만이 흐르는 장소에서의 단선(예를 들면, 회생 다이오드(D1)의 파괴 등)이므로, 단선 검지 회로(4a)는, 이와 같은 단선을 검지한 경우에 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지하기 위한 제2 제어 신호를 생성한다. 한편, LED(10)가 파괴된 경우에는, 처음부터 온 전류도 흐르지 않게 되기 때문에, 리액터(L1)에 에너지가 축적되지도 않아, 스위치 소자(Q1)가 파괴된다는 문제는 발생하지 않는다.
실시예 2
도 13은 본 발명의 실시예 2의 LED 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도이다. 실시예 1의 도 6에 나타내는 LED 구동 회로와 다른 점은, 단선 검지 회로(4b) 내에 카운터 회로(45)가 새롭게 마련되어 있다는 점이다.
카운터 회로(45)는, 딜레이 회로(41)의 출력과 컴퍼레이터(C1)의 출력에 기초하여, 스위치 소자(Q1)가 온 상태에서 오프 상태로 스위칭되는 타이밍으로부터 소정 시간 경과 후에, 스위치 소자(Q1)에 소정값 이상의 전류가 흐르고 있는 상태가 발생한 횟수를 계수한다. 본 실시예에서, 카운터 회로(45)는, 하이 레벨의 신호를 N회 받은 경우에 1 펄스의 신호를 출력한다.
또한, SR 래치 회로(44)는, 카운터 회로(45)에 의해 계수된 횟수가 소정값 이상에 도달한 경우에 단선이 발생하고 있다고 판단하여 래치 신호를 생성하고, 제2 제어 신호로서 출력한다. 구체적으로는, SR 래치 회로(44)는, 카운터 회로(45)로부터 펄스 신호를 수신한 경우에, 래치 신호를 출력한다.
그 밖의 구성은 실시예 1의 도 6에 나타내는 LED 구동 회로와 동일하므로, 중복하는 설명을 생략한다.
다음으로, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시의 형태의 작용을 설명한다. 본 실시예의 LED 구동 회로의 동작은, 카운터 회로(45) 이외의 부분에서 실시예 1의 LED 구동 회로와 동일하다.
도 14는 본 실시예의 LED 구동 회로의 동작을 나타내는 각 부의 파형도이다. 우선, 스위치 소자(Q1)는, 도 14의 시각 t0에서 소정의 게이트 전압이 스위치 소자 구동 회로(3)로부터 인가됨에 따라 온된다. 이때, 온 전류(부하 전류)는, 전원으로부터 리액터(L1), 스위치 소자(Q1), 전류 검출 저항(R1), 그라운드 순으로 흐르고, 리액터(L1)에 역기전력의 전력 에너지를 축적한다.
도 14의 시각 t0으로부터 t1 사이에서, 온 전류(Q1 전류, 부하 전류)는, 리액터(L1)의 정수에 따라 소정의 기울기를 가지고 증가한다. 이 온 전류가 전류 검출 저항(R1)에 흐르고 있기 때문에, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(R1부 발생 전압)도 마찬가지로 증가한다.
시각 t1에서, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(R1부 발생 전압)이 기준 전압(Vref)을 넘으면, 컴퍼레이터(21)의 출력이 반전하므로, 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 오프하기 위한 제1 제어 신호를 출력한다. 이 제1 제어 신호는, 구체적으로는 도 14에 나타내는 「정전류 회로 출력 전압」이고, 시각 t1에서 스위치 소자(Q1)를 오프시키기 위해 로우 레벨이 된다.
스위치 소자 구동 회로(3)는, 정전류 회로(2)에 의해 생성된 제1 제어 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)를 구동한다. 따라서, 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 제1 제어 신호(정전류 회로 출력 전압)에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 낮추어, 스위치 소자(Q1)를 오프시킨다.
이에 의해, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 축적 에너지는, 리액터(L1), LED(10) 및 다이오드(D1)로 형성된 루프를 회생 전류로서 흘러 소비된다. 따라서, 전류 검출 저항(R1)에 전류는 흐르지 않고, 전류 검출 저항(R1)의 양단의 전압(R1부 발생 전압)은 0이 된다.
딜레이 회로(41)는, 제1 제어 신호에 소정의 지연(Tx)을 부여하여 출력하므로, 도 14의 「딜레이 회로 출력 전압」에 나타내는 바와 같이, 제1 제어 신호(정전류 회로 출력 전압)가 로우 레벨이 된 시점 t1으로부터 소정 시간(Tx) 경과 후의 시각 t2에서 로우 레벨이 된다.
또한, 시각 t2로부터 t3 사이에서, 딜레이 회로(41)의 출력인 「딜레이 회로 출력 전압」은 로우 레벨이지만, 컴퍼레이터(C1)의 출력(C1 출력 전압)은 하이 레벨이기 때문에, NOR 게이트(43)는 로우 레벨의 출력을 유지한다.
그 후, 시각 t1로부터 소정 시간 경과 후의 시각 t3에서, 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 온하기 위한 하이 레벨의 제1 제어 신호를 출력한다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 제1 제어 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 올려, 스위치 소자(Q1)를 온시킨다.
시각 t3으로부터 t4 사이의 동작은, 상술한 시각 t0으로부터 t1 사이의 동작과 동일하므로, 중복하는 설명을 생략한다. 단, 시각 t3으로부터 t4 사이에서 단선이 발생한 것으로 가정한다.
시각 t4에서, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(R1부 발생 전압)이 기준 전압(Vref)을 넘으면, 컴퍼레이터(21)의 출력이 반전하므로, 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 오프하기 위한 제1 제어 신호를 출력한다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 출력 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 낮추어, 스위치 소자(Q1)를 오프시킨다.
그러나, 단선이 발생하고 있기 때문에, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 축적 에너지는, LED(10)측으로 회생 전류로서 흐를 수 없다. 따라서, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 에너지는, 오프 상태의 스위치 소자(Q1)를 브레이크 다운시켜 전류를 흘린다. 즉, 스위치 소자(Q1)가 갖는 고유의 내압으로 브레이크 다운되어, 그 고유의 전압을 유지한 채로 드레인 전류(리액터 전류)는 계속 흐른다. 이 전류는, 전류 검출 저항(R1)에도 흐르기 때문에, 전류 검출 저항(R1)에 정전위의 전위차를 발생시킨다. 따라서, 저항(R1)에 발생하는 전압이 기준 전압(Vx)보다 높은 동안은, 컴퍼레이터(C1)는 로우 레벨의 출력을 유지한다.
딜레이 회로(41)의 출력 전압은, 제1 제어 신호(정전류 회로 출력 전압)가 로우 레벨이 된 시점 t4로부터 소정 시간(Tx) 경과 후의 시각 t5에서 로우 레벨이 된다. 따라서, 시각 t5에서, 딜레이 회로(41)의 출력인 「딜레이 회로 출력 전압」이 로우 레벨이 되고, 컴퍼레이터(C1)의 출력(C1 출력 전압)도 로우 레벨이기 때문에, NOR 게이트(43)는 하이 레벨의 펄스 신호를 출력한다.
카운터 회로(45)는, NOR 게이트(43)에 의한 펄스 신호의 수를 계수한다. 이에 의해, 카운터 회로(45)는, 스위치 소자(Q1)가 온 상태에서 오프 상태로 스위칭되는 타이밍으로부터 소정 시간(Tx) 경과 후에 스위치 소자(Q1)에 소정값 이상의 전류가 흐르고 있는 상태가 발생한 횟수를 계수할 수 있다. 시각 t5에서, 1회째의 펄스 신호를 받았으므로, 카운터 회로(45)는 「1」로 계수한다.
그 후, 시각 t7에서, 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 온하기 위한 신호를 출력한다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 출력 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 올려, 스위치 소자(Q1)를 온시킨다.
리액터(L1)에 축적된 에너지는 소비되었기 때문에, 리액터(L1), 스위치 소자(Q1) 및 전류 검출 저항(R1)을 흐르는 온 전류는, 0에서부터 서서히 상승한다. 이에 수반하여, 전류 검출 저항(R1)의 양단에 생기는 전압(R1부 발생 전압)도 0에서부터 서서히 상승한다.
시각 t8에서, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(R1부 발생 전압)이 기준 전압(Vref)을 넘으면, 스위치 소자(Q1)는 재차 오프된다. 시각 t4의 경우와 마찬가지로, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 에너지는, 오프 상태의 스위치 소자(Q1)를 브레이크 다운시켜 전류를 흘린다. 저항(R1)에 발생하는 전압이 기준 전압(Vx)보다 높은 동안(시각 t10까지)은, 컴퍼레이터(C1)는 로우 레벨의 출력을 유지한다.
딜레이 회로(41)의 출력 전압은, 제1 제어 신호(정전류 회로 출력 전압)가 로우 레벨이 된 시점 t8로부터 소정 시간(Tx) 경과 후의 시각 t9에서 로우 레벨이 된다. 따라서, 시각 t9에서, 딜레이 회로(41)의 출력인 「딜레이 회로 출력 전압」이 로우 레벨이 되고, 컴퍼레이터(C1)의 출력(C1 출력 전압)도 로우 레벨이기 때문에, NOR 게이트(43)는, 하이 레벨의 펄스 신호를 출력한다.
카운터 회로(45)는, NOR 게이트(43)에 의한 펄스 신호의 수를 계수한다. 시각 t9에서, 2회째의 펄스 신호를 받았기 때문에, 카운터 회로(45)는, 「2」로 계수한다.
이를 반복하여, 시각 t13에서, N회째의 펄스 신호를 받았을 때에, 카운터 회로(45)는, 펄스 신호를 SR 래치 회로(44)에 출력한다.
SR 래치 회로(44)는, 카운터 회로(45)에 의해 하이 레벨의 신호가 출력되었기 때문에, 단선이 발생하였다고 판단하여, 하이 레벨의 래치 신호를 제2 제어 신호로서 스위치 소자 구동 회로(3)에 출력한다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 단선 검지 회로(4a)에 의해 생성된 제2 제어 신호에 기초하여 단선시에 제1 제어 신호에 우선하여 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지한다.
그 밖의 작용은 실시예 1의 도 6에 나타내는 LED 구동 회로와 동일하므로, 중복된 설명을 생략한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예 2의 형태에 관한 LED 구동 회로에 따르면, 실시예 1의 효과에 더하여, 스위치 소자(Q1)가 온 상태에서 오프 상태로 스위칭되는 타이밍으로부터 소정 시간(Tx) 경과 후에 스위치 소자(Q1)에 소정값 이상의 드레인 전류가 흐르고 있는 상태가 소정 횟수 이상 발생한 경우에만, 단선이 발생하였다고 판단하여 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지하므로, 단선 검지의 신뢰성을 증가시킬 수 있으며, 안정적인 동작을 수행할 수 있다.
도 15는 스텝업 컨버터(Step-up Converter)에 의한 LED 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도이다. 실시예 1,2에서 설명한 본 발명의 LED 구동 회로는, 도 15에 나타내는 바와 같은 스텝업 컨버터에도 유효하다. 즉, 정전류 회로(2), 스위치 소자 구동 회로(3) 및 단선 검지 회로(4a 혹은 4b)를 도 15에 나타내는 스텝업 컨버터에 의한 LED 구동 회로에 적용함으로써, 정류 다이오드(D1a)나 LED(10a ~ 10e) 등이 단선을 발생시켜 스위치 소자(Q1)에 리액터(L1)의 축적 에너지가 소비되어도, 단선을 검지하여 스위치 소자(Q1)의 스위칭 동작을 정지시켜, 스위치 소자(Q1)의 파괴를 회피할 수 있다.
실시예 3
도 16은 본 발명의 실시예 3의 LED 구동 회로의 구성을 나타내는 회로도이다. 실시예 2의 도 13에 나타내는 LED 구동 회로와 다른 점은, 단선 검지 회로(4c) 내에서 딜레이 회로(41)가 존재하지 않는다는 점과, 카운터 회로(45)의 대신에 타이머 회로(46)가 마련되어 있다는 점이다.
컴퍼레이터(C1)는, 전류 검출 저항(R1)에 발생한 전압과 소정의 기준 전압(Vx)을 비교하여 비교 결과를 출력한다.
NOR 게이트(43)는, 정전류 회로(2)에 의해 생성된 제1 제어 신호와 컴퍼레이터(C1)의 출력이 모두 로우 레벨인 경우에만 하이 레벨의 신호를 타이머 회로(46)에 출력하고, 그 밖의 경우에는 로우 레벨의 신호를 출력한다.
타이머 회로(46)는, NOR 게이트(43)에 의해 출력된 신호가 소정 시간(Ta) 이상 계속하여 하이 레벨을 유지한 경우에, 하이 레벨의 단선 검지 신호를 생성하여 출력한다. NOR 게이트(43)에 의해 하이 레벨의 신호가 출력되어 있는 상태는, 상술한 바와 같이 스위치 소자(Q1)가 오프 상태임에도 불구하고 소정의 드레인 전류가 스위치 소자(Q1)에 흐르고 있다는 것을 의미한다. 즉, 타이머 회로(46)는, 정전류 회로(2)에 의해 생성된 제1 제어 신호와 컴퍼레이터(C1)의 비교 결과의 출력에 기초하여, 단선이 발생해 있다고 생각되는 상태가 소정 시간(Ta) 이상 계속된 경우에 단선 검지 신호를 출력한다.
SR 래치 회로(44)는, 본 발명의 래치 회로에 대응하고, 타이머 회로(46)에 의해 출력된 단선 검지 신호가 입력된 경우에 래치 신호를 생성하여 제2 제어 신호로서 출력한다. 구체적으로는, SR 래치 회로(44)는, 타이머 회로(46)로부터 펄스 신호를 수신한 경우에, 래치 신호를 출력한다.
그 밖의 구성은 실시예 2의 도 13에 나타내는 LED 구동 회로와 동일하므로, 중복하는 설명을 생략한다.
다음으로, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시의 형태의 작용을 설명한다. 본 실시예의 LED 구동 회로의 동작은, 타이머 회로(46) 이외의 부분에서 실시예 1의 LED 구동 회로와 거의 동일하다. 도 17은 본 실시예의 LED 구동 회로의 동작을 나타내는 각 부의 파형도이다. 우선, 스위치 소자(Q1)는, 도 17의 시각 t0에서 소정의 게이트 전압이 스위치 소자 구동 회로(3)로부터 인가됨에 따라 온된다. 이때, 온 전류(부하 전류)는, 전원으로부터 리액터(L1), 스위치 소자(Q1), 전류 검출 저항(R1), 그라운드 순으로 흐르고, 리액터(L1)에 역기전력의 전력 에너지를 축적한다.
도 17의 시각 t0으로부터 t1 사이에서, 온 전류(Q1 전류, 부하 전류)는, 리액터(L1)의 정수에 따라 소정의 기울기를 가지고 증가한다. 이 온 전류가 전류 검출 저항(R1)에 흐르고 있기 때문에, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(R1부 발생 전압)도 마찬가지로 증가한다.
시각 t1에서, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(R1부 발생 전압)이 기준 전압(Vref)을 넘으면, 컴퍼레이터(21)의 출력이 반전하므로, 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 오프하기 위한 제1 제어 신호를 출력한다. 이 제1 제어 신호는, 구체적으로는 도 17에 나타내는 「정전류 회로 출력 전압」이고, 시각 t1에서 스위치 소자(Q1)를 오프시키기 위해 로우 레벨이 된다.
스위치 소자 구동 회로(3)는, 정전류 회로(2)에 의해 생성된 제1 제어 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)를 구동한다. 따라서, 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 제1 제어 신호(정전류 회로 출력 전압)에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 낮추어, 스위치 소자(Q1)를 오프시킨다.
이에 의해, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 축적 에너지는, 리액터(L1), LED(10) 및 다이오드(D1)로 형성된 루프를 회생 전류로서 흘러 소비된다. 따라서, 전류 검출 저항(R1)에 전류는 흐르지 않고, 전류 검출 저항(R1)의 양단의 전압(R1부 발생 전압)은 0이 된다.
또한, 시각 t1로부터 t2 사이에서, 제1 제어 신호(정전류 회로 출력 전압)는 로우 레벨이지만, 컴퍼레이터(C1)의 출력(C1 출력 전압)은 하이 레벨이기 때문에, NOR 게이트(43)는 로우 레벨의 출력을 유지한다.
그 후, 시각 t1로부터 소정 시간 경과 후의 시각 t2에서, 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 온하기 위한 하이 레벨의 제1 제어 신호를 출력한다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 제1 제어 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 올려, 스위치 소자(Q1)를 온시킨다.
시각 t2로부터 t3 사이의 동작은, 상술한 시각 t0으로부터 t1 사이의 동작과 동일하므로, 중복하는 설명을 생략한다. 단, 시각 t2로부터 t3 사이에서 단선이 발생한 것으로 가정한다.
시각 t3에서, 전류 검출 저항(R1)에 발생하는 전압(R1부 발생 전압)이 기준 전압(Vref)을 넘으면, 컴퍼레이터(21)의 출력이 반전하므로, 제어 회로(22)는, 스위치 소자(Q1)를 오프하기 위한 제1 제어 신호를 출력한다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 제어 회로(22)에 의한 출력 신호에 기초하여 스위치 소자(Q1)의 게이트 전압을 낮추어, 스위치 소자(Q1)를 오프시킨다.
그러나, 단선이 발생하고 있기 때문에, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 축적 에너지는, LED(10)측으로 회생 전류로서 흐를 수 없다. 따라서, 리액터(L1)에 축적된 역기전력의 에너지는, 오프 상태의 스위치 소자(Q1)를 브레이크 다운시켜 전류를 흘린다. 즉, 스위치 소자(Q1)가 갖는 고유의 내압으로 브레이크 다운되어, 그 고유의 전압을 유지한 채로 드레인 전류(리액터 전류)는 계속 흐른다. 이 전류는, 전류 검출 저항(R1)에도 흐르기 때문에, 전류 검출 저항(R1)에 정전위의 전위차를 발생시킨다. 따라서, 저항(R1)에 발생하는 전압이 기준 전압(Vx)보다 높은 동안는, 컴퍼레이터(C1)는 로우 레벨의 출력을 유지한다.
제1 제어 신호(정전류 회로 출력 전압)는, 시각 t3에서 로우 레벨이 된다. 따라서, 시각 t3에서 제1 제어 신호가 로우 레벨이고, 컴퍼레이터(C1)의 출력(C1 출력 전압)도 로우 레벨이기 때문에, NOR 게이트(43)는 하이 레벨의 신호를 출력한다.
타이머 회로(46)는, NOR 게이트(43)에 의해 출력된 신호가 소정 시간(Ta) 이상 계속하여 하이 레벨을 유지한 경우에, 하이 레벨의 단선 검지 신호를 생성하여 출력한다. 따라서, 타이머 회로(46)는, NOR 게이트(43)에 의해 하이 레벨의 신호가 출력된 시각 t3으로부터 시간의 계측을 개시하는 동시에, NOR 게이트(43)의 출력 신호를 감시한다. 그 후, NOR 게이트(43)의 출력 신호가 하이 레벨을 유지한 채 소정 시간(Ta)이 경과하였으므로, 시각 t4에서 타이머 회로(46)는, 단선이 발생하고 있다고 생각되는 상태가 소정 시간(Ta) 이상 계속되었다고 판단하여, 단선 검지 신호를 SR 래치 회로(44)에 출력한다.
SR 래치 회로(44)는, 타이머 회로(46)에 의해 하이 레벨의 단선 검지 신호가 출력되었기 때문에, 하이 레벨의 래치 신호를 제2 제어 신호로서 스위치 소자 구동 회로(3)에 출력한다. 스위치 소자 구동 회로(3)는, 단선 검지 회로(4c)에 의해 생성된 제2 제어 신호에 기초하여 단선시에 제1 제어 신호에 우선하여 스위치 소자(Q1)를 오프 상태로 유지한다.
그 밖의 작용은 실시예 1의 도 6에 나타내는 LED 구동 회로와 동일하므로, 중복하는 설명을 생략한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예 3의 형태에 관한 LED 구동 회로에 의하면, 타이머 회로(46)를 구비함으로써, NOR 게이트(43)의 출력 신호가 소정 시간(Ta) 하이 레벨을 유지한 경우에만 LED(10) 등의 소자 파괴나 단선 등이 발생하였다고 판단하기 때문에, 실시예 1에서 설명한 LED 구동 회로와 같이 딜레이 회로(41)를 구비하고 있지 않더라도 채터링의 영향을 받지 않고 정확하게 단선을 검지할 수 있으므로, 실시예 1과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 LED 구동 회로는, LED 조명 등에 사용되는 LED를 구동하는 LED 구동 회로에 이용가능하다.
(미국 지정)
본 국제특허출원은 미국 지정에 관하여, 2009년 8월 18일에 출원된 일본특허출원 제2009-189147호(2009년 8월 18일 출원)에 대하여 미국특허법 제119조(a)에 기초한 우선원의 이익을 원용하고, 상기 개시내용을 인용한다.

Claims (5)

  1. LED를 구동하는 LED 구동 회로에 있어서,
    상기 LED에 전류를 공급하기 위한 전력 에너지를 축적하는 리액터;
    온 시에 상기 리액터에 전류를 흐르게 하는 동시에, 오프 시에 상기 리액터에 축적된 에너지를 상기 LED에 공급시키기 위한 스위치 소자;
    상기 스위치 소자에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기;
    상기 전류 검출기에 의해 검출된 전류값에 기초하여, 상기 스위치 소자에 흐르는 전류를 일정하게 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성하는 정전류 회로;
    상기 전류 검출기에 의해 검출된 전류와 상기 정전류 회로에 의해 생성된 제1 제어 신호에 기초하여, 상기 스위치 소자가 온 상태에서 오프 상태로 스위칭되는 타이밍으로부터 소정 시간 경과 후에 상기 스위치 소자에 소정값 이상의 전류가 흐르고 있다고 판단한 경우에, 상기 스위치 소자를 오프 상태로 유지하기 위한 제2 제어 신호를 생성하는 단선 검지기; 및
    상기 정전류 회로에 의해 생성된 제1 제어 신호에 기초하여 상기 스위치 소자를 구동하는 동시에, 상기 단선 검지기에 의해 생성된 제2 제어 신호에 기초하여 단선시에 상기 제1 제어 신호에 우선하여 상기 스위치 소자를 오프 상태로 유지하는 스위칭 소자 구동 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    LED 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 검출기는, 상기 스위치 소자에 직렬로 접속되어, 상기 스위치 소자에 흐르는 전류에 따른 전압을 발생시키는 저항인 것을 특징으로 하는,
    LED 구동 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단선 검지기는,
    상기 정전류 회로에 의해 생성된 제1 제어 신호에 소정의 지연을 부여하여 출력하는 딜레이 회로;
    상기 저항에 발생한 전압과 소정의 기준 전압을 비교하여 비교 결과를 출력하는 컴퍼레이터; 및
    상기 딜레이 회로의 출력과 상기 컴퍼레이터의 출력에 기초하여, 단선이 발생하고 있다고 판단한 경우에 래치 신호를 생성하여 상기 제2 제어 신호로서 출력하는 래치 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    LED 구동 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단선 검지기는, 상기 딜레이 회로의 출력과 상기 컴퍼레이터의 출력에 기초하여, 상기 스위치 소자가 온 상태에서 오프 상태로 스위칭되는 타이밍으로부터 소정 시간 경과 후에 상기 스위치 소자에 소정값 이상의 전류가 흐르고 있는 상태가 발생한 횟수를 계수하는 카운터 회로를 가지며,
    상기 래치 회로는, 상기 카운터 회로에 의해 계수된 횟수가 소정값 이상에 도달한 경우에 단선이 발생하고 있다고 판단하여 래치 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는,
    LED 구동 회로.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 단선 검지기는,
    상기 저항에 발생한 전압과 소정의 기준 전압을 비교하여 비교 결과를 출력하는 컴퍼레이터;
    상기 정전류 회로에 의해 생성된 제1 제어 신호와 상기 컴퍼레이터의 비교 결과의 출력에 기초하여, 단선이 발생하고 있다고 생각되는 상태가 소정 시간 이상 계속된 경우에 단선 검지 신호를 출력하는 타이머 회로; 및
    상기 타이머 회로에 의해 출력된 단선 검지 신호가 입력된 경우에 래치 신호를 생성하여 상기 제2 제어 신호로서 출력하는 래치 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    LED 구동 회로.
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