KR101547897B1 - 온도 보상 기능을 갖는 전압 조절 회로 - Google Patents

온도 보상 기능을 갖는 전압 조절 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 장치나 전원 장치 등에 적용될 수 있는 전압 조절 회로에 관한 것으로, 동작 전압을 분할하여 서로 다른 제1 전압 및 제2 전압을 제공하는 전압 분할부; 상기 제2 전압에 따라 상기 제1 전압을 조절하는 션트 레귤레이터; 및 상기 션트 레귤레이터에 의해 조정된 전압을 출력하는 출력 회로부; 를 포함할 수 있다.

Description

온도 보상 기능을 갖는 전압 조절 회로{VOLTAGE CONTROL CIRCUIT WITH TEMPERATURE COMPENSATION FUNCTION}
본 발명은, LED 장치나 전원 장치 등에 적용될 수 있으며, 온도 보상 기능을 수행할 수 있고, 보다 정밀하게 전압을 제어할 수 있는 전압 조절 회로에 관한 것이다.
일반적으로, LED 장치나 전원 장치에서는 원하는 구동 전압을 제공하기 위해서 검출전압과 기준전압을 이용한다.
이러한 검출전압과 기준전압은 온도 변화에 변경되지 않는 것이 바람직하지만, 검출전압을 검출하기 위해 사용되는 소자들과 기준전압을 생성하기 위해 사용되는 소자들은 온도 변화에 따라 그 특성이 변화된다.
이와 같이 온도 변환에도 변경되지 않는 전압을 제공하기 위해서, 종래의 전압 조절 회로는, 써미스터(Thermistor) 등과 같은 온도 보상 소자와 반도체 스위치를 이용하고, 상기 반도체 스위치는 트랜지스터를 이용한다.
이러한 종래의 전압 조절 회로를 통해서, 전류 피드백의 기준 전압을 가변시킬 수 있다.
그런데, 이와 같은 종래의 전압 조절 회로에서, 반도체 스위치로써 이용되는 트랜지스터는, 주위 온도 변화에 따라 그 문턱전압이 가변될 수 있고, 이에 따라 트랜지스터의 비교 능력이 저하되므로, 온도 변화가 있는 경우에는 정밀한 전압의 제어가 어렵다는 문제점이 있다.
하기 선행기술문헌에 기재된 특허문헌 1은, 모듈레이터(modulator)의 온도 보상 회로에 관한 것으로, 트랜지스터의 온도 특성에 의해 전압 조절 능력을 떨어뜨리는 단점을 보완하기 위한 기술적 사항을 개시하고 있지 않다.
일본 공개특허공보 제1994-045965호
본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명은, 트랜지스터의 온도 특성에 의해 전압 조절 능력을 떨어뜨리는 단점을 보완하여, 보다 정밀하게 전압을 제어할 수 있는 온도 보상 기능을 갖는 전압 조절 회로를 제공한다.
본 발명의 제1 기술적인 측면으로써, 본 발명은, 동작 전압을 분할하여 서로 다른 제1 전압 및 제2 전압을 제공하는 전압 분할부; 상기 제2 전압에 따라 상기 제1 전압을 조절하는 션트 레귤레이터; 및 상기 션트 레귤레이터에 의해 조정된 전압을 출력하는 출력 회로부; 를 포함하는 전압 조절 회로를 제안한다.
상기 전압 분할부는, 상기 동작 전압의 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결된 제1 저항, 제2 저항 및 제3 저항을 포함하고, 상기 제1 저항과 제2 저항간의 제1 접속노드에서 제1 전압을 출력하고, 상기 제2저항과 제3 저항간의 제2 접속노드에서 제2 전압을 출력하며, 상기 제2 저항은 온도 반비례 임피던스 특성을 갖는 NTC 써미스터로 이루어질 수 있다.
상기 션트 레귤레이터는, 상기 제2 접속노드에 연결되어 상기 제2 전압과 문턱전압을 비교하여 비교 결과 전압을 제공하는 비교기; 및 상기 제2 접속노드와 접지 사이에 연결되어, 상기 비교 결과 전압에 따라 동작하여 상기 제2 전압을 조절하는 트랜지스터; 을 포함할 수 있다.
상기 출력 회로부는, 상기 동작 전압의 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결된 저항 및 커패시터를 포함하고, 상기 저항 및 커패시터간의 접속노드는 상기 제1 접속노드 및 상기 출력 회로부의 출력단에 연결되도록 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전압 조절 회로는, 상기 출력단의 출력전압을 디밍 전압에 따라 조절하여 기준전압을 제공하는 전압 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 전압 조절부는, 상기 동작 전압의 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결된 제1,제2,제3,제4 및 제5 출력 저항; 및 상기 제2 출력 저항과 제3 출력 저항간의 접속노드와 접지 사이에 연결된 제너 다이오드를 포함하고, 상기 제2 출력 저항과 제3 출력 저항간의 접속노드에서 상기 디밍 전압을 입력받고, 상기 제3 출력 저항과 제4 출력 저항간의 접속노드에서 상기 기준전압을 제공하도록 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 트랜지스터의 온도 특성에 의해 전압 조절 능력을 떨어뜨리는 단점을 보완하여, 온도 보상 기능을 수행하면서도, 보다 정밀하게 전압을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 션트 레귤레이터의 상세도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로의 제1 등가회로도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로의 제2 등가회로도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로의 변형 예시도
이하에서는, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 일 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 하나의 예시에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로는, 전압 분할부(100), 션트 레귤레이터(200) 및 출력 회로부(300)를 포함할 수 있다.
상기 전압 분할부(100)는, 사전에 설정된 동작 전압(Vdd)을 분할하여 서로 다른 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)을 제공할 수 있다.
일 구현 예로, 상기 전압 분할부(100)는, 상기 동작 전압(Vdd)의 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결된 제1 저항(R11), 제2 저항(R12) 및 제3 저항(R13)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 저항(R12)은 온도 반비례 임피던스 특성을 갖는 NTC 써미스터가 될 수 있다.
이 경우, 상기 제1 저항(R11)과 제2 저항(R12)간의 제1 접속노드(N1)에서 제1 전압(V1)을 출력하고, 상기 제2저항(R12)과 제3 저항(R13)간의 제2 접속노드(N2)에서 제2 전압(V2)을 출력할 수 있다.
예를 들어, 상기 동작 전압(Vdd)이 12V인 경우, 상기 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2) 각각은 5V 및 2.5V가 될 수 있다.
상기 션트 레귤레이터(200)는, 상기 제2 전압(V2)에 따라 상기 제1 전압(V1)을 조절할 수 있다. 여기서, 상기 션트 레귤레이터(200)는 '431 IC'로 이루어질 수 있으며, 이러한 '431 IC'에서는 내부 문턱전압은 온도에 크게 변화하지 않으므로, 기존의 트랜지스터의 턴온 전압보다는 상당히 그 변동 오차가 낮음을 알 수 있다. 일 예로, 상기 '431 IC'에서는 내부 문턱전압은 2.4825V(min)~2.495V(typ)~2.5075V(max) 정도이고, 그 변동오차가±13mV 정도이다.
예를 들어, 상기 제2 전압(V2)이 상기 션트 레귤레이터(200)의 내부에 설정된 문턱전압 미만일 경우에는 상기 제1 전압(V1)을 그대로 출력단으로 제공하고, 상기 제2 전압(V2)이 상기 션트 레귤레이터(200)의 내부에 설정된 문턱전압 이상일 경우에는 상기 제1 전압(V1)을 낮은 전압으로 조절할 수 있다.
상기 출력 회로부(300)는, 상기 션트 레귤레이터(200)에 의해 조정된 전압을 출력할 수 있다.
예를 들어, 상기 출력 회로부(300)는 상기 션트 레귤레이터(200)에 의해 조정된 전압을 안정화시켜 출력한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 션트 레귤레이터의 상세도이다.
도 2를 참조하면, 상기 션트 레귤레이터(200)는, 비교기(OPA1) 및 트랜지스터(Q1)를 포함할 수 있다.
상기 비교기(OPA1)는, 상기 제2 접속노드(N2)에 연결되어 상기 제2 전압(V2)과 문턱전압(Vth)을 비교하여 비교 결과 전압(Vcom)을 제공할 수 있다.
상기 트랜지스터(Q1)는, 상기 제2 접속노드(N2)와 접지 사이에 연결되어, 상기 비교 결과 전압(Vcom)에 따라 동작하여 상기 제2 전압(V2)을 조절할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 예로, 상기 출력 회로부(300)는, 상기 동작 전압(Vdd)의 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결된 저항(R31) 및 커패시터(C31)를 포함할 수 있다.
상기 션트 레귤레이터(200)를 통해 제공되는 전압은, 상기 커패시터(C31)에 충전되면서 안정화되고, 이 안정화된 전압은 출력단(OUT)을 통해 출력된다.
한편, 상기 션트 레귤레이터(200)의 동작에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로의 등가 회로는 도 3 및 도 4와 같이 도식화 될 수 있다.
예를 들어, 상기 비교기(OPA1)는 상기 제2 전압(V2)이 상기 문턱전압(Vth) 이상일 경우에는 하이레벨의 비교 결과 전압(Vcom)을 출력할 수 있다. 일 예로, 주변 온도가 높아지고, 이에 따라 상기 제2 저항(R12)의 저항값이 낮아지고, 이어서 상기 제3 저항(R13)의 양단 전압인 제2 전압(V2)이 상승할 수 있다. 이러한 예로써, 상기 문턱전압(Vth)이 2.5V이고, 상기 제2 전압(V2)이 2.6V가 될 수 있다.
상기 트랜지스터(Q1)는, 상기 비교 결과 전압(Vcom)이 하이레벨일 경우에는 턴온 상태로 동작할 수 있다. 이 경우에는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로는 도 3과 같은 등가 회로가 될 수 있다.
이와 달리, 상기 비교기(OPA1)는 상기 제2 전압(V2)이 상기 문턱전압(Vth) 미만일 경우에는 로우레벨의 비교 결과 전압(Vcom)을 출력할 수 있다. 일 예로, 상기 문턱전압(Vth)이 2.5V이고, 상기 제2 전압(V2)이 2.4V가 될 수 있다.
상기 트랜지스터(Q1)는, 상기 비교 결과 전압(Vcom)이 로우레벨일 경우에는 턴오프 상태로 동작할 수 있다. 이 경우에는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로는 도 4와 같은 등가 회로가 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로의 제1 등가회로도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로의 제2 등가회로도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 상기 트랜지스터(Q1)는 턴온 상태이므로, 상기 제1 접속노드(N1)에서의 제1 전압(V1)은 상기 션트 레귤레이터(200)에 의해서 하기 수학식 1과 같이 결정될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112012106783013-pat00001
예를 들어, 동작 전압(Vdd)이 12V이고, 25℃에서 NTC 써미스터인 제2 저항(R12)은 430KΩ이고, 제1 및 제3 저항(R11,R13) 각각이 75Ω 미 51Ω이고, 문턱전압(Vth)이 1.7V에서 2.5V로 변화는 경우에는, 처음 상기 제1 전압(V1)은 11.5V(=1.70792079* (1+430/75))이다.
이어서, 상기 온도가 증가하면서 상기 제2 저항(R12)이 점차적으로 낮아지는 경우에는 제1 전압(V1)은 하기 표1과 같다.
R11 R12(NTC) R13 V2 V1
51Ω 430Ω 75Ω 1.70792079V 11.5V
51Ω 300Ω 75Ω 2.3V 11.5
51Ω 200Ω 75Ω 2.5V 9.17V
51Ω 120Ω 75Ω 2.5V 6.5V
51Ω 75Ω 75Ω 2.5V 5.0V
51Ω 30Ω 75Ω 2.5V 3.5V
51Ω 10Ω 75Ω 2.5V 2.83V
51Ω 1Ω 75Ω 2.5V 2.53
51Ω 0Ω 75Ω 2.5V 2.5V
상기 표1을 참조하면, 상기 제1 전압(V1)이 점차적으로 낮아지므로, 출력 전류도 낮아지게 된다.
이어서, 도 4를 참조하면, 상기 트랜지스터(Q1)는 턴오프 상태이므로, 상기 제1 접속노드(N1)에서의 제1 전압(V1)은 제2 저항(R12) 및 제3 저항(R13)의 합 저항값과 제1 저항(R11)의 저항비율에 따라 하기 수학식 2와 같이 결정된다.
[수학식 2]
Figure 112012106783013-pat00002
이어서, 상기 온도가 증가하면서 상기 제2 저항(R12)이 점차적으로 낮아지는 경우에는 제1 전압(V1)은 하기 표 2와 같다.
R11 R12(NTC) R13 Ra
(=R12+R13)		 Rt
(=R11+R12+R13)		 V1
51Ω 430Ω 75Ω 505 556 10.89V
51Ω 300Ω 75Ω 375 426 11.5
51Ω 200Ω 75Ω 275 326 9.17V
51Ω 120Ω 75Ω 195 246 6.5V
51Ω 75Ω 75Ω 150 201 5.0V
51Ω 30Ω 75Ω 105 156 3.5V
51Ω 10Ω 75Ω 85 136 2.83V
51Ω 1Ω 75Ω 76 127 2.53
51Ω 0Ω 75Ω 75 126 2.5V
상기 표2를 참조하면, 상기 제1 전압(V1)은이 점차적으로 낮아지므로, 출력 전류도 낮아지게 된다.
전술한 바에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로는 온도 변화에 대응되는 제2 전압(V2)이 상기 션트 레귤레이터(200)의 기준전압(Vref) 이상일 경우에는 상기 제1 전압(V1)을 다운시켜서, 이에 따라 상기 제1 전압(V1)에 의한 전류를 다운시키는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로는 전압 조절부(400)를 더 포함할 수 있다. 상기 전압 조절부(400)는, 상기 출력단(OUT)의 출력전압(Vout)을 외부로부터의 디밍 전압(Vdim)에 따라 조절하여 기준전압(Vref)을 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전압 조절 회로의 변형 예시도이다. 도 5를 참조하면, 상기 전압 조절부(400)는, 상기 동작 전압(Vdd)의 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결된 제1,제2,제3,제4 및 제5 출력 저항(R41~R45)과, 상기 제2 출력 저항(R42)과 제3 출력 저항(R43)간의 접속노드와 접지 사이에 연결된 제너 다이오드(ZD41)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제2 출력 저항(R42)과 제3 출력 저항(R43)간의 접속노드에서 상기 디밍 전압(Vdim)을 입력받고, 상기 제3 출력 저항(R43)과 제4 출력 저항(R44)간의 접속노드에서 상기 기준전압(Vref)을 제공할 수 있다.
여기서, 상기 디밍 전압(Vdim)이 조절되는 경우에는, 상기 디밍 전압(Vdim)이 입력되는 상기 제2 출력 저항(R42)과 제3 출력 저항(R43)간의 접속노드에서 접지까지의 전압이 강제로 가변되므로, 상기 제3 출력 저항(R43)과 제4 출력 저항(R44)간의 접속노드에서 제공되는 기준전압(Vref)이 가변될 수 있다.
그리고, 상기 제너 다이오드(ZD41)는 상기 출력단(OUT)의 출력전압(Vout)이 비정상적으로 일정한 전압 이상으로 되거나 외부로부터 상당히 높은 전압이 유입되는 경우에 동작하여, 상기 출력전압(Vout)이 과 전압이 되지 않도록 하고, 내부 회로를 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
100: 전압 분할부
200: 션트 레귤레이터
300: 출력 회로부
400: 전압 조절부
Vdd: 동작전압
V1: 제1 전압
V2: 제2 전압
R11,R12,R13: 제1, 제2, 제3 저항
N1,N2: 제1 및 제2 접속노드
OPA1: 비교기
Q1: 트랜지스터
Vth: 문턱전압
Vcom: 비교 결과 전압
R41~R45: 제1,제2,제3,제4 및 제5 출력 저항
ZD41: 제너 다이오드

Claims (6)

  1. 동작 전압을 분할하여 서로 다른 제1 전압 및 제2 전압을 제공하는 전압 분할부;
    상기 제2 전압에 따라 상기 제1 전압을 조절하는 션트 레귤레이터;
    상기 션트 레귤레이터에 의해 조정된 전압을 출력하는 출력 회로부; 및
    상기 출력 회로부의 출력단의 출력전압을 외부로부터의 디밍 전압에 따라 조절하여 기준전압을 제공하는 전압 조절부; 를 포함하는 전압 조절 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압 분할부는,
    상기 동작 전압의 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결된 제1 저항, 제2 저항 및 제3 저항을 포함하고,
    상기 제1 저항과 제2 저항간의 제1 접속노드에서 제1 전압을 출력하고, 상기 제2저항과 제3 저항간의 제2 접속노드에서 제2 전압을 출력하며,
    상기 제2 저항은 온도 반비례 임피던스 특성을 갖는 NTC 써미스터인 전압 조절 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 션트 레귤레이터는,
    상기 제2 접속노드에 연결되어 상기 제2 전압과 문턱전압을 비교하여 비교 결과 전압을 제공하는 비교기; 및
    상기 제2 접속노드와 접지 사이에 연결되어, 상기 비교 결과 전압에 따라 동작하여 상기 제2 전압을 조절하는 트랜지스터; 을 포함하는 전압 조절 회로.
  4. 제2항에 있어서, 상기 출력 회로부는,
    상기 동작 전압의 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결된 저항 및 커패시터를 포함하고,
    상기 저항 및 커패시터간의 접속노드는 상기 제1 접속노드 및 상기 출력 회로부의 출력단에 연결된 전압 조절 회로.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 전압 조절부는,
    상기 동작 전압의 입력단과 접지 사이에 직렬로 연결된 제1,제2,제3,제4 및 제5 출력 저항; 및
    상기 제2 출력 저항과 제3 출력 저항간의 접속노드와 접지 사이에 연결된 제너 다이오드를 포함하고,
    상기 제2 출력 저항과 제3 출력 저항간의 접속노드에서 상기 디밍 전압을 입력받고,
    상기 제3 출력 저항과 제4 출력 저항간의 접속노드에서 상기 기준전압을 제공하는 전압 조절 회로.
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