KR101614304B1 - 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 전자 회로들 - Google Patents

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Abstract

전자 회로들은 하나 이상의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하기 위해 에러 신호를 제공하여 제어 가능한 DC-DC 컨버터에 의해 발생되는 조절된 출력 전압 신호를 제어한다.

Description

직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 전자 회로들{ELECTRONIC CIRCUITS FOR DRIVING SERIES CONNECTED LIGHT EMITTING DIODE STRINGS}
본 발명은 전자 회로들에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 예를 들어 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 부하(load)와 같은 다이오드 부하를 구동시키기 위해 사용되는 전자 회로들에 관한 것이다.
다이오드 부하들을 구동시키기 위해 다양한 전자 회로들이 사용되고 있다. 보다 상세하게는, 상기 다양한 전자 회로들은 직렬 연결된 발광 다이오드들(light emitting diodes, LEDs)의 열들(strings)을 흐르는 전류를 제어하기 위해 사용된다. 실시예에 있어서, 상기 직렬 연결된 LED들의 열들은 LED 디스플레이 장치를 형성하거나, 보다 상세하게는 예를 들어 액정표시장치(liquid crystal display, LCD)와 같은 디스플레이 장치의 백라이트(backlight)를 형성한다. 각각의 LED들이 유닛에서 유닛으로의 순방향 전압 강하(forward voltage drop)에 있어 차이(variation)를 가진다는 것이 알려져 있다. 따라서, 상기 직렬 연결된 LED들의 열들은 순방향 전압 강하에 있어 차이를 가질 수 있다.
직렬 연결된 LED들의 열들의 일단(one end)은 예를 들어 부스트 스위칭 레귤레이터(boost switching regulator)와 같은 공통 스위칭 레귤레이터와 연결될 수 있다. 상기 스위칭 레귤레이터는 상기 LED 열들 각각에 공급할 만한 충분히 높은 전압을 제공한다. 상기 직렬 연결된 LED들의 열들의 타단(other end)은 각각의 전류 싱크(current sink)와 연결되며, 상기 각각의 전류 싱크는 상기 직렬 연결된 LED들의 열들을 각각 흐르는 상대적인 정전류를 싱크(sink)한다.
상기 공통 스위칭 레귤레이터에 의해 생성된 상기 전압은 상기 직렬 연결된 LED들의 열들 중 총 전압 강하량이 가장 많은 열에 공급될 수 있도록 충분히 높은 전압이어야 하며, 또한 상기 각각의 전류 싱크가 필요로 하는 오버헤드 전압(overhead voltage) 만큼이 추가되어야 한다. 즉, 직렬 연결된 LED들의 열들이 네 개가 있고 각각 30V, 30V, 30V 및 31V의 전압 강하량을 가지며, 각각의 전류 싱크가 동작하기 위해서 적어도 1V를 필요로 하는 경우, 상기 공통 부스트 스위칭 레귤레이터는 적어도 32V를 공급해야 한다.
모든 직렬 연결된 LED들의 열들에 대해 충분한 전압을 공급할 수 있는 고정 전압 스위칭 레귤레이터(fixed voltage switching regulator)를 제공하는 것이 가능하지만, 낮은 전압 강하량을 가지는 직렬 연결된 LED들의 열들이 구동되는 경우, 상기와 같은 스위칭 레귤레이터는 불필요하게 높은 전력 손실을 발생시킨다. 따라서, 일부의 LED 구동 회로들에서, 직렬 연결된 LED들의 열들 중 하나의 일단에서 나타나는 전압들 중 가장 낮은 전압을 선택하기 위해, 소위 최소 선택 회로(minimum select circuit)라 불리는 회로에 의해 상기 직렬 연결된 LED들의 열들 각각의 전압 강하량이 감지된다. 또한 상기 공통 스위칭 레귤레이터는 상기 직렬 연결된 LED들의 열들 중 가장 낮은 전압을 가지는, 즉 가장 높은 전압 강하량을 가지는 열을 구동하기 위해 충분히 높은 전압을 생성하도록 제어된다. 예를 들어, 미국등록특허 제6,822,403호에서는 상기 최소 선택 회로의 일 예가 설명된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 집적도를 향상시키고 전력 손실이 감소된, 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 직렬 연결된 LED 열들을 구동하는 전자 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 집적도를 향상시키고 전력 손실이 감소된, 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 직렬 연결된 LED 열들을 구동하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(controllable DC-DC converter)를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들(series connected light emitting diode strings)을 구동하는 전자 회로는 복수의 전류 레귤레이터(current regulator)들을 포함한다. 상기 전류 레귤레이터들은 입력 노드 및 출력 노드를 각각 가진다. 각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드는 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 하나의 일단(end)과 각각 연결된다. 상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각은 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 상기 연결된 하나를 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과(pass)시킨다. 또한 상기 전자 회로는 복수의 입력 노드들 및 출력 노드를 가지는 다입력 에러 증폭기(multi-input error amplifier)를 포함한다. 상기 복수의 입력 노드들은 상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드와 각각 연결된다. 상기 다입력 에러 증폭기는 상기 에러 증폭기의 상기 출력 노드에서 에러 신호를 발생한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 전자 회로는 복수의 전류 레귤레이터들을 포함한다. 상기 전류 레귤레이터들은 입력 노드 및 출력 노드를 각각 가진다. 각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드는 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 하나의 일단과 각각 연결된다. 상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각은 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 상기 연결된 하나를 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시킨다. 또한 상기 전자 회로는 입력 노드 및 출력 노드를 각각 가지는 복수의 에러 증폭기들을 포함한다. 상기 복수의 에러 증폭기들 각각의 상기 입력 노드는 상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드와 연결된다. 상기 복수의 에러 증폭기들 각각의 상기 출력 노드들은 접합 노드(junction node)와 연결된다. 상기 복수의 에러 증폭기들은 상기 접합 노드에서 에러 신호를 발생한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 전자 회로는 복수의 전류 레귤레이터들을 포함한다. 상기 전류 레귤레이터들은 입력 노드 및 출력 노드를 각각 가진다. 각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드는 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 하나의 일단과 각각 연결된다. 상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각은 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 상기 연결된 하나를 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시킨다. 또한 상기 전자 회로는 입력 노드, 출력 노드 및 제어 노드를 각각 가지는 복수의 스위치들을 포함한다. 상기 복수의 스위치들 각각의 상기 입력 노드는 상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드와 연결된다. 상기 복수의 스위치들 각각의 상기 출력 노드는 합성 신호(composite signal)를 발생하도록 함께 연결된다. 또한 상기 전자 회로는 상기 복수의 스위치들의 상기 제어 노드들과 연결되고, 순차적이고 주기적으로 상기 복수의 스위치들 중 하나를 닫는 디지털 채널 선택 회로(digital channel select circuit)를 포함한다. 또한 상기 전자 회로는 입력 노드 및 출력 노드를 가지는 에러 증폭기를 포함한다. 상기 에러 증폭기의 상기 입력 노드는 상기 합성 신호를 수신하도록 연결된다. 상기 에러 증폭기는 상기 에러 증폭기의 상기 출력 노드에서 에러 신호를 발생한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 전자 회로는 드레인, 소스 및 게이트를 각각 가지는 복수의 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)들을 포함한다. 상기 각각의 FET는 상기 드레인에서 상기 소스로 미리 정해진 전류를 각각 통과시킨다. 또한 상기 전자 회로는 제1단 및 제2단을 각각 가지는 복수의 저항들을 포함한다. 상기 복수의 저항들 각각의 상기 제1단은 상기 복수의 FET들 중 하나의 상기 소스와 각각 연결되어 전류 감지 노드를 각각 형성한다. 상기 각각의 FET의 상기 드레인 또는 상기 각각의 저항의 상기 제2단은 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 하나의 일단(end)과 각각 연결된다. 또한 상기 전자 회로는 상기 각각의 전류 감지 노드와 연결된 입력 노드, 및 상기 각각의 FET의 상기 게이트와 연결된 출력 노드를 각각 가지는 복수의 증폭기들을 포함한다. 상기 복수의 증폭기들은 상기 각각의 FET의 상기 드레인에서 상기 소스로 상기 미리 정해진 전류가 통과되도록 상기 각각의 FET를 제어하는 제어 전압 신호를 상기 출력 노드에서 각각 발생한다. 또한 상기 전자 회로는 상기 복수의 증폭기들로부터 상기 제어 전압 신호들을 수신하도록 연결된 복수의 입력 노드들, 및 출력 노드를 가지는 최대 선택 회로(maximum select circuit)를 포함한다. 상기 최대 선택 회로는 상기 제어 전압 신호들 중 가장 큰 신호를 선택하며, 상기 제어 전압 신호들 중 상기 가장 큰 신호를 나타내는 신호를 상기 출력 노드에서 발생한다. 또한 상기 전자 회로는 입력 노드 및 출력 노드를 가지는 에러 증폭기를 포함한다. 상기 에러 증폭기의 상기 입력 노드는 상기 최대 선택 회로의 상기 출력 노드와 연결된다. 상기 에러 증폭기는 상기 에러 증폭기의 상기 출력 노드에서 에러 신호를 발생한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 전자 회로는 복수의 전류 레귤레이터들을 포함한다. 상기 전류 레귤레이터들은 입력 노드 및 출력 노드를 각각 가진다. 각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드는 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 하나의 일단과 각각 연결된다. 상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각은 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 상기 연결된 하나를 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시킨다. 또한 상기 전자 회로는 입력 노드, 출력 노드 및 제어 노드를 각각 가지는 복수의 스위치들을 포함한다. 상기 복수의 스위치들 각각의 상기 입력 노드는 상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드와 연결된다. 상기 복수의 스위치들 각각의 상기 출력 노드는 합성 신호를 발생하도록 함께 연결된다. 또한 상기 전자 회로는 상기 합성 신호를 수신하도록 연결되고 비교 신호를 발생하는 비교기를 포함한다. 또한 상기 전자 회로는 상기 비교 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 복수의 스위치들의 상기 제어 노드들과 연결되며, 상기 비교 신호에 응답하여 순차적으로 한 주기 동안에 상기 복수의 스위치들 중 하나를 각각 닫는 디지털 채널 선택 회로를 포함한다. 또한 상기 전자 회로는 입력 노드 및 출력 노드를 가지는 에러 증폭기를 포함한다. 상기 에러 증폭기의 상기 입력 노드는 상기 합성 신호를 수신하도록 연결된다. 상기 에러 증폭기는 상기 에러 증폭기의 상기 출력 노드에서 에러 신호를 발생한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 방법에서는, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 각각 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시켜, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 각각의 일단에 나타나는 전압을 각각 유기(induce)시킨다. 또한 상기 각각의 전압들을 합산하여 에러 신호를 발생하고 상기 DC-DC 컨버터를 제어한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 방법에서는, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 각각 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시켜, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 각각의 일단에 나타나는 전압을 각각 유기시킨다. 또한 상기 전압들 중 하나를 각각 나타내는 중간 신호들을 각각 발생하며, 상기 중간 신호들을 합산하여 에러 신호를 발생하고 상기 DC-DC 컨버터를 제어한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 방법에서는, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 각각 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시켜, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 각각의 일단에 나타나는 전압을 각각 유기시킨다. 또한 상기 전압들을 순차적이고 주기적으로 각각 샘플링하여 전압 샘플들을 발생하며, 상기 전압 샘플들을 합산하여 에러 신호를 발생하고 상기 DC-DC 컨버터를 제어한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 방법에서는, 각각의 피드백 전류 제어 회로를 이용하여 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 각각 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시켜, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 각각의 일단에 나타나는 전압을 각각 유기시킨다. 상기 피드백 회로의 제어 노드는 상기 각각의 전압의 변화에 반대되는 방향으로 변화하는 제어 전압을 발생한다. 또한 상기 제어 전압들 중 가장 큰 전압을 검출하며, 상기 제어 전압들 중 상기 가장 큰 전압을 나타내는 에러 신호를 생성하여 상기 DC-DC 컨버터를 제어한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 방법에서는, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 각각 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시켜, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 각각의 일단에 나타나는 전압을 각각 유기시킨다. 또한 상기 전압들을 순차적으로 각각 샘플링하여 전압 샘플들을 발생하며, 상기 전압 샘플들을 문턱 신호(threshold signal)와 각각 비교하여 비교 신호를 발생한다. 상기 전압 샘플들은 상기 비교 신호에 응답하는 시간 주기를 각각 가진다. 또한 상기 전압 샘플들을 합산하여 에러 신호를 발생하고 상기 DC-DC 컨버터를 제어한다.
상술된 회로들 및 방법은 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 제공한다. 지나치게 영향을 받지 않는 동안에 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 하나가 개방 회로가 된 경우, 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터는 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들의 전력 손실을 최소화하기 위해 충분한 전압을 제공하는 상기와 같은 방식으로 제어된다.
본 발명 자체는 물론 앞에서 설명한 본 발명의 특징들은 하기 도면들에 대한 아래의 자세한 설명에 의해 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 다이오드 부하를 구동하는 전자 회로를 나타내는 개략도이다. 상기 전자 회로는 제어 가능한 DC-DC 컨버터, 전류 레귤레이터들, 및 에러 신호를 제공하여 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터에서 발생된 출력 전압을 제어하는 다입력 에러 증폭기를 포함한다.
도 2는 도 1의 제어 가능한 DC-DC 컨버터로 사용될 수 있는 스위칭 레귤레이터 회로를 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 1의 다입력 에러 증폭기로 사용될 수 있는 증폭기의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 다이오드 부하를 구동하는 다른 전자 회로를 나타내는 개략도이다. 상기 전자 회로는 제어 가능한 DC-DC 컨버터, 전류 레귤레이터들, 및 에러 신호를 제공하여 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터에서 발생된 출력 전압을 제어하는 복수의 에러 증폭기들을 포함한다.
도 5는 다이오드 부하를 구동하는 전자 회로를 나타내는 개략도이다. 상기 전자 회로는 제어 가능한 DC-DC 컨버터, 전류 레귤레이터들, 및 에러 신호를 제공하여 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터에서 발생된 출력 전압을 제어하는 복수의 스위치들을 포함한다.
도 6은 다이오드 부하를 구동하는 전자 회로를 나타내는 개략도이다. 상기 전자 회로는 제어 가능한 DC-DC 컨버터, FET들 및 관련된 전류 감지 회로들을 포함하는 전류 레귤레이터들, 최대 선택 회로 및 에러 신호를 제공하여 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터에서 발생된 출력 전압을 제어하는 에러 증폭기를 포함한다.
도 7은 도 6의 최대 선택 회로로 사용될 수 있는 최대 선택 회로의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 8은 도 6의 최대 선택 회로로 사용될 수 있는 최대 선택 회로의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 9는 다이오드 부하를 구동하는 전자 회로를 나타내는 개략도이다. 상기 전자 회로는 제어 가능한 DC-DC 컨버터, 전류 레귤레이터들, 비교기, 및 에러 신호를 제공하여 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터에서 발생된 출력 전압을 제어하는 에러 증폭기와 연결된 복수의 스위치들을 포함한다.
본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명의 도입을 위한 일부 개념 및 용어들이 설명된다. 여기에서 사용되는 용어 부스트 스위칭 레귤레이터(boost switching regulator)는 입력 전압보다 높은 출력 전압을 제공하는 알려진 종류의 스위칭 레귤레이터를 설명하는데 사용된다. 여기에서는 부스트 스위칭 레귤레이터의 특정 회로 토폴로지(topology)가 도시되지만, 부스트 스위칭 레귤레이터는 다양한 회로 구조를 가질 수 있다. 여기에서 사용되는 용어 벅 스위칭 레귤레이터(buck switching regulator)는 입력 전압보다 낮은 출력 전압을 제공하는 알려진 종류의 스위칭 레귤레이터를 설명하는데 사용된다. 부스트 스위칭 레귤레이터 및 벅 스위칭 레귤레이터와는 다른 형태의 스위칭 레귤레이터들이 또한 존재할 수 있고, 본 발명은 임의의 한 종류의 스위칭 레귤레이터에 한정되지 않는다.
DC-DC 컨버터들이 설명된다. 설명되는 DC-DC 컨버터들은 상술된 부스트 스위칭 레귤레이터 및 벅 스위칭 레귤레이터를 포함하는 임의의 형태의 스위칭 레귤레이터일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
여기에서 사용되는 용어 전류 레귤레이터(current regulator)는 회로 또는 회로 소자를 흐르는 전류를 미리 정해진, 즉 조절된 전류로 조절할 수 있는 상기 회로 또는 회로 소자를 설명하는데 사용된다. 전류 레귤레이터는 조절된 전류를 입력할 수 있는 전류 싱크(current sink) 또는 조절된 전류를 출력할 수 있는 전류원(current source)일 수 있다. 전류 레귤레이터는 전류 노드(current node)를 가질 수 있으며, 전류원인 경우에 상기 전류 노드로부터 전류가 출력되고 전류 싱크인 경우에 상기 전류 노드로 전류가 입력된다.
여기에서 사용되는 용어 전류 감지 회로(current sense circuit)는 회로를 흐르는 조절된 전류를 감지할 수 있는 상기 회로를 설명하는데 사용된다. 구체적인 실시예에 있어서, 상기 전류 감지 회로는 감지된 전류에 비례하는 출력 전압을 제공한다.
도 1을 참조하면, 전자 회로(10)의 일 실시예는 제어 가능한 DC-DC 컨버터(controllable DC-DC converter, 12)를 포함한다. 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 직렬 연결된 다이오드 열들(series connected diode strings, 14, 16, 18)과 연결된다. 실시예에 있어서, 직렬 연결된 다이오드 열들(14, 16, 18)은 예를 들어 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 디스플레이 장치를 형성하거나, 또는 액정표시장치(liquid crystal display, LCD)와 같은 디스플레이 장치의 백라이트(backlight)를 형성할 수 있는 직렬 연결된 LED 열들(series connected LED strings) 일 수 있다. 상술된 것처럼, 실시예에 있어서, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 스위칭 레귤레이터일 수 있으며, 상기 스위칭 레귤레이터의 일 예가 도 2와 관련하여 보다 상세하게 후술된다. 직렬 연결된 LED 열들(14-18)은 예를 들어 전류 싱크들로 도시된 전류 레귤레이터들(20, 22, 24)과 각각 연결된다. 각각의 전류 레귤레이터들(20, 22, 24)은 전압 감지 노드들(20a-24a)을 각각 포함한다.
직렬 연결된 LED 열들(14-18)은 각각 서로 다른 전압 강하를 발생할 수 있기 때문에, 전압 감지 노드들(20a-24a)에서 감지되는 전압들은 서로 다를 수 있다. 또한 전류 레귤레이터들(20, 22, 24)이 적절하게 기능하기 위해, 즉 설계된 만큼의 원하는 전류를 싱크(sink)하기 위해, 상기 각각의 전압 감지 노드들에서 적어도 하나의 미리 정해진 최소 전압(predetermined minimum voltage)이 감지될 수 있다.
다입력 에러 증폭기(multi-input error amplifier, 32)는 전압 감지 노드들(20a-24a)에서 감지되는 각각의 전압들에 상응하는 전압 신호들(26, 28, 30)을 반전 입력 노드에서 수신하도록 연결된다. 또한 다입력 에러 증폭기(32)는 예를 들어 0.5 볼트(V)인 기준 전압 신호(31)를 비반전 입력 노드에서 수신하도록 연결된다. 다입력 에러 증폭기(32)는 전압 신호들(26-30)의 산술 평균(arithmetic mean)과 반대로 관련된 에러 신호(34)를 발생한다. 구체적인 실시예에 있어서, 다입력 에러 증폭기(32)는 도 3에 도시된 것처럼 금속 산화막 반도체(metal oxide semiconductor, MOS) 트랜지스터들로 구성된 입력들을 가질 수 있다. 실시예에 있어서, 에러 증폭기(32)는 전류 타입의 출력을 제공하는 트랜스컨덕턴스(transconductance) 증폭기일 수 있다.
회로(10)는 커패시터(36)를 포함할 수 있다. 커패시터(36)는 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 에러 노드(12b)의 입력 커패시턴스와 병렬적으로 연결된 다입력 에러 증폭기(32)의 출력 커패시턴스가 포함될 수 있다. 하지만 다른 실시예에 있어서, 커패시터(36)는 다른 커패시터를 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 커패시터(36)는 약 100 피코패럿(picofarad, pF)의 값을 가진다. 커패시터(36)는 루프 필터를 제공할 수 있고, 피드백 제어 루프를 안정화시킬 수 있도록 선택된 값을 가질 수 있다.
제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 에러 노드(12b)에서 에러 신호(34)를 수신하도록 연결된다. 또한, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 입력 노드(12c)에서 전원 전압(Vps)을 수신하고, 에러 신호(34)에 응답하여 출력 노드(12a)에서 조절된 출력 전압(38)을 발생하도록 연결된다. 실시예에 있어서, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 부스트 스위칭 레귤레이터이고, 입력 노드(12c)에서 전원 전압(Vps)을 수신하고, 출력 노드(12a)에서 상대적으로 더 높은 조절된 출력 전압(38)을 발생하도록 연결된다.
이러한 배치에서, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 전압 신호들(26, 28, 30)의 산술 평균에 의해 제어된다. 따라서, 전압 신호(26, 28, 30)가 전류 레귤레이터들(20, 22, 24) 중 관련된 하나에 대해 적절한 동작을 제공할 수 없을 정도로 낮은 경우, 에러 신호(34)를 증가시키고 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 출력 전압(38)을 증가시킬 수 있다.
조절된 출력 전압(38)은 원하는 특정 값(particular desired value)을 가질 수 있다. 상세하게는, 조절된 출력 전압(38)의 상기 원하는 특정 값은 모든 전류 레귤레이터들(20, 22, 24)이 충분히 높은 전압에 도달하여, 모든 전류 레귤레이터들(20, 22, 24)이 원하는 것처럼 전류를 조절하기 위해 적절하게 동작할 수 있도록 하는 값이다. 또한, 조절된 출력 전압(38)의 상기 원하는 특정 값은 가능한 한 낮은 전압이 되어, 가장 낮은 전압을 수신하는 (즉, 관련된 직렬 연결된 LED 열들(14, 16, 18) 중 가장 큰 전압 강하가 발생하는) 상기 전류 레귤레이터들 중 하나 이상의 전류 레귤레이터가 적절하게 동작하기에 충분한 전압 값이다. 이러한 조절된 출력 전압(38)의 상기 원하는 특정 값의 배치에서, 전류 레귤레이터들(22, 24, 26)은 낮은 전력을 소비하고, 상기 LED들이 적절하게 발광되는 동안에 높은 전력 효율을 가질 수 있다.
구체적인 실시예에 있어서, 조절된 전압(38)의 상기 원하는 값은 전압 마진(예를 들어, 1볼트)을 포함할 수 있다. 즉, 실시예에 있어서, 조절된 출력 전압(38)의 상기 원하는 특정 값은 가능한 한 낮은 전압이 되어, 가장 낮은 전압을 수신하는 상기 하나 이상의 전류 레귤레이터가 적절하게 동작하기에 충분한 전압 값에 상기 전압 마진을 더한 값이다. 하지만, 상기 전류 레귤레이터들은 낮은 전력을 소비한다.
상기 설명된 전압 신호들(26, 28, 30)의 산술 평균인 에러 신호(34)는 조절된 출력 전압(38)의 상기 원하는 특정 값에 거의 도달한다.
회로(10)의 일부 구성요소들은 단일의 집적 회로 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 있어서, 전류 레귤레이터들(20, 22, 24), 다입력 멀티 증폭기(32), 커패시터(36) 및 도 2와 관련하여 보다 상세하게 후술될 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 내부 소자들 중 일부는 상기 단일의 집적 회로 내에 포함될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 다입력 에러 증폭기(32)는 히스테리시스(hysteresis)를 가지거나 비교 동작을 수행하는 시간에 주기적으로 측정되는 다입력 비교기(multi-input comparator)로 대체될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 하부(캐소드, cathode) 전극들과 각각 연결되도록 도시된 전류 레귤레이터들(20-24)은 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 상부(애노드, anode) 전극들과 각각 연결되도록 대체될 수 있다. 이러한 실시예에서, 입력 노드들(20a-24a)은 조절된 출력 전압(38)을 수신하도록 연결되고, 출력 노드들(20b-24b)은 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 상기 애노드 전극들과 각각 연결될 수 있다. 또한 이러한 실시예에서, 에러 증폭기(32)의 상기 반전 입력들은 입력 노드들(20a-24a)을 대신하여 상기 전압 감지 노드들이 되는 출력 노드들(20b-24b)과 연결되고, 에러 증폭기(32)의 상기 비반전 입력들은 다른 기준 전압을 수신하도록 연결된다.
회로(10)는 종래 기술과 비교하여 이점들을 가진다. 예를 들어, 회로(10)는 상술된 최소 선택 회로가 필요하지 않으며, 집적 회로의 다이 면적을 감소시킬 수 있다.
도 1의 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호가 사용되는 도 2를 참조하면, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 상술된 집적 회로에 포함되는 부분(14) 및 상기 집적 회로의 외부에 존재하지만 상기 집적 회로와 연결된 부분(16)을 포함할 수 있다.
부분(14)은 도 1의 다입력 에러 증폭기(32)로부터 에러 신호(34)를 수신하도록 연결된 펄스폭 변조(pulse width modulation, PWM) 컨트롤러(18)를 포함할 수 있다. PWM 컨트롤러(18)는 PWM 신호(20)를 생성한다. 예를 들어 FET인 제어 전류 통과 소자(control current passing element, 22)는 게이트 노드에서 PWM 신호(20)를 수신하고 드레인 노드에서 펄스형(pulsed) 전류 신호(24)를 수신하도록 연결된다.
부분(16)은 노드(12c)에서 수신되는 전원 전압(Vps)과 접지 전압 사이에 연결된 입력 커패시터(26)를 포함할 수 있다. 인덕터(28)는 입력 전압(Vps)을 수신하도록 연결된 입력 노드(28a) 및 FET(22)의 상기 드레인 노드와 연결된 출력 노드(28b)를 포함할 수 있다. 다이오드(30)는 인덕터(28)의 출력 노드(28b)와 연결된 애노드 및 조절된 출력 전압(Vreg)이 발생되는 출력 노드(12a)와 연결된 캐소드를 포함할 수 있다. 출력 커패시터(32)는 출력 노드(12a)와 상기 접지 전압 사이에 연결될 수 있다.
도 3을 참조하면, 다입력 에러 증폭기(50)는 도 1의 다입력 에러 증폭기(32)와 동일하거나 유사할 수 있다. 다입력 에러 증폭기(50)는 금속 산화막 반도체(metal oxide semiconductor, MOS) 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)와 관련된 비반전 노드(54a)를 포함할 수 있다. 또한 다입력 에러 증폭기(50)는 예를 들어 MOSFET들(56, 58, 60)과 각각 관련된 세 개의 비반전 입력 노드들(56a, 58a, 60a)로 도시된 복수의 비반전 노드들을 포함할 수 있다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 이러한 구체적인 실시예에서 다입력 에러 증폭기(50)의 이득이 사용되는 반전 입력들의 개수에 비례함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 상술된 것처럼, 다입력 에러 증폭기(50)의 상기 이득은 세 개의 반전 입력 포트들(56a, 58a, 60a)에 인가되는 신호들의 산술 평균에 비례한다.
도 1의 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호가 사용되는 도 4를 참조하면, 전자회로(70)의 일 예는 에러 증폭기들(78, 80, 82)을 포함한다. 에러 증폭기(78)는 반전 입력 노드에서 전압 신호(72)를 수신하도록 연결되고 에러 신호(78a)를 발생하며, 에러 증폭기(80)는 반전 입력 노드에서 전압 신호(74)를 수신하도록 연결되고 에러 신호(80a)를 발생하며, 에러 증폭기(82)는 반전 입력 노드에서 전압 신호(76)를 수신하도록 연결되고 에러 신호(82a)를 발생한다. 전압 신호들(72, 74, 76)은 도 1의 전압 신호들(26, 28, 30)과 각각 동일하거나 유사할 수 있다. 또한 에러 증폭기들(78, 80, 82)은 비반전 입력 노드들에서 예를 들어 0.5V인 기준 전압(77)을 수신하도록 연결될 수 있다. 보다 상세히 후술되겠지만, 에러 신호들(78a, 80a, 82a)이 특정 방식으로 더해져서 에러 신호(84)를 생성한다. 실시예에 있어서, 에러 증폭기들(78, 80, 82)은 전류 타입의 출력을 제공하는 트랜스컨덕턴스 증폭기일 수 있다.
회로(70)는 에러 증폭기들(78, 80, 82)의 상기 출력 노드들에 연결된 커패시터(86)를 포함할 수 있다. 커패시터(86)는 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 에러 노드(12b)의 입력 커패시턴스와 병렬적으로 연결된 에러 증폭기들(78, 80, 82)의 출력 커패시턴스의 병렬 조합이 포함될 수 있다. 하지만 다른 실시예에 있어서, 커패시터(86)는 다른 커패시터를 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 커패시터(86)는 약 100 피코패럿의 값을 가진다. 커패시터(36)는 루프 필터를 제공할 수 있고, 피드백 제어 루프를 안정화시킬 수 있도록 선택된 값을 가질 수 있다.
구체적인 실시예에서, 에러 신호들(78a, 80a, 82a)이 특정 방식으로 더해져서 에러 신호(84)를 생성한다. 상세하게는, 증폭기들(78, 80, 82)의 출력 스테이지들(미도시)은 다른 방향으로 흐르는 전류보다 더 큰 전류를 일 방향으로 제공할 수 있다. 즉, 증폭기들(78, 80, 82)의 상기 출력 스테이지들은 싱크하는 것보다 더 많은 전류를 공급할 수 있으며, 반대의 경우도 마찬가지이다. 예를 들어 이러한 배치에서, 증폭기들(78, 80, 82)이 싱크하는 전류보다 더 많은 전류를 공급하는 경우에, 또한 증폭기들(78, 80, 82) 중 하나가 발생하려는 신호보다 에러 신호(84)가 낮은 전압을 가지는 경우에, 에러 신호(84)의 전압을 더 높은 레벨로 구동하려는 상기 증폭기는 에러 신호(84)의 전압을 더 낮은 레벨로 구동하려는 증폭기들(78, 80, 82) 중 다른 하나를 적어도 부분적으로 무시(override)할 수 있다. 이러한 특정 예에서, 증폭기들(78, 80, 82)은 반전 증폭기들이기 때문에, 에러 신호(84)의 전압을 더 높은 레벨로 구동하려는 상기 증폭기는 가장 낮은 전압이 발생하는 전압 감지 노드(20a, 22a, 24a)를 가지는 전류 레귤레이터(20, 22, 24)와 관련된다.
해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 비대칭적인 출력 전류 구동 능력을 가지는 증폭기가 상기 증폭기의 출력 스테이지에 비대칭적인 크기의 출력 트랜지스터들을 포함하는 방식으로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 에러 노드(12b)에서 에러 신호(84)를 수신하도록 연결된다. 또한 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 입력 노드(12c)에서 전원 전압(Vps)을 수신하고, 에러 신호(84)에 응답하여 출력 노드(12a)에서 조절된 출력 전압(88)을 발생하도록 연결된다. 조절된 출력 전압(88)은 도 1의 조절된 출력 전압(38)과 동일하거나 유사할 수 있다. 하지만, 에러 신호(84)는 도 1의 에러 신호(34)와는 다른 방식으로 생성되기 때문에, 조절된 출력 전압(88)은 조절된 출력 전압(38)과 완전하게 동일하지 않아도 된다.
이러한 배치에서, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 증폭기들(78, 80, 82) 중에서, 전류 레귤레이터들(20, 22, 24) 중 가장 낮은 전압을 가지는 하나 이상의 전류 레귤레이터와 연결된 하나 이상의 증폭기에 의해 주로 제어된다. 하지만, 증폭기들(78, 80, 82) 중 나머지 증폭기들 또한 에러 신호(84)의 한 원인이며, 다만 영향을 적게 미친다. 따라서, 전압 신호(72, 74, 76)가 전류 레귤레이터들(20, 22, 24) 중 관련된 하나에 대해 적절한 동작을 제공할 수 없을 정도로 낮은 경우, 에러 신호(84)를 증가시키고 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 조절된 출력 전압(88)을 증가시킬 수 있다.
조절된 출력 전압(38)의 원하는 특정 값과 관련하여 도 1을 참조하여 상술되었고, 동일한 원하는 특정 값이 동일한 방식으로 조절된 출력 전압(88)에 적용된다. 상술된, 하나 이상의 가장 낮은 전압 신호들(72, 74, 76)을 각각 나타내는 하나 이상의 신호들(78a, 80a, 82a)에 의해 지배되는 에러 신호(84)는 조절된 출력 전압(88)의 상기 원하는 특정 값에 거의 도달한다.
회로(70)의 일부 구성요소들은 단일의 집적 회로 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 있어서, 전류 레귤레이터들(20, 22, 24), 증폭기(78, 80, 82), 커패시터(86) 및 도 2와 관련하여 보다 상세하게 설명된 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 내부 소자들 중 일부는 상기 단일의 집적 회로 내에 포함될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 에러 증폭기들(78, 80, 82)은 출력들이 OR 게이트와 결합될 수 있는 비교기들로 대체될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 하부(캐소드) 전극들과 각각 연결되도록 도시된 전류 레귤레이터들(20-24)은 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 상부(애노드) 전극들과 각각 연결되도록 대체될 수 있다. 이러한 실시예에서, 입력 노드들(20a-24a)은 조절된 출력 전압(38)을 수신하도록 연결되고, 출력 노드들(20b-24b)은 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 상기 애노드 전극들과 각각 연결될 수 있다. 또한 이러한 실시예에서, 에러 증폭기들(78-82)의 상기 반전 입력들은 입력 노드들(20a-24a)을 대신하여 상기 전압 감지 노드들이 되는 출력 노드들(20b-24b)과 연결되고, 에러 증폭기들(78-82)의 상기 비반전 입력들은 다른 기준 전압을 수신하도록 연결된다.
회로(70)는 종래 기술과 비교하여 이점들을 가진다. 예를 들어, 회로(70)는 상술된 최소 선택 회로가 필요하지 않으며, 집적 회로의 다이 면적을 감소시킬 수 있다. 또한 상술된 비대칭적인 출력 구동 능력을 가지는 에러 증폭기들(78, 80, 82)을 포함하는 실시예에 있어서, 회로(70)의 루프 이득(loop gain)은 전류 레귤레이터들(20, 22, 24)이 조절 동작을 더욱 수행함에 따라, 즉 충분히 높은 전압 신호들(72, 74, 76)을 수신함에 따라 변화하는(예를 들어, 감소하는) 경향이 있다. 상기 루프 이득의 감소로 인해 임의의 전류 레귤레이터들(20, 22, 24)이 조절 동작을 시작하자마자 에러 신호(84)가 감소된다. 도 2와 관련하여 상세하게 설명된 것처럼, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)가 부스트 스위칭 레귤레이터인 실시예에 있어서, 이는 피드백 루프의 안정성을 향상시키고, 예를 들어 회로(70)를 턴온시키는 것과 같은 임의의 전압 단계인 동안에 발생할 수 있는 오버슈트(overshoot) 또는 링잉(ringing)을 감소시킬 수 있다.
또 다른 이점으로는, 회로(70)와 유사한 실시예에 있어서, 하나 이상의 직렬 연결된 LED 열(14, 16, 18)은 예를 들어 하나 이상의 서로 다른 각각의 DC-DC 컨버터들(미도시)로부터 서로 다른 조절된 전압을 수신할 수 있다. 이러한 배치는 하나 이상의 전류 레귤레이터들(20, 22, 24)이 서로 다른 전류를 각각 조절할 필요가 있는 회로들에 적용될 때 그 이점이 있다. 예를 들어, 두 개의 전류 레귤레이터들(20, 22) 및 관련된 두 개의 직렬 연결된 LED 열들(14, 16)에 20 밀리암페어(milliamps, mA)의 전류가 흐르고 전류 레귤레이터(24) 및 관련된 직렬 연결된 LED 열(18)에 100 밀리암페어의 전류가 흐르는 경우, 직렬 연결된 LED 열(18)은 조절된 전압(88)보다 더 높은 조절된 전압을 필요로 한다. 서로 다른 전류들을 필요로 하는 일 예들은, 직렬 연결된 LED 열들이 각각 서로 다른 색의 LED들이거나 다른 색의 LED들을 위한 백라이트를 제공하는 RGB(red-green-blue) 애플리케이션들이다. 또 다른 예는, 일부의 직렬 연결된 LED 열들은 백라이트용이고 나머지의 직렬 연결된 LED 열들은 플래시(flash) 애플리케이션용인 플래시 애플리케이션들을 위한 회로이다.
도 1의 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호가 사용되는 도 5를 참조하면, 전자회로(90)의 일 예는 전압 신호들(92, 94, 96)을 각각 수신하도록 연결된 스위치들(98, 100, 102)을 포함한다. 전압 신호들(92, 94, 96)은 도 1의 전압 신호들(26, 28, 30)과 동일하거나 유사할 수 있다. 또한 상기 스위치들은 디지털 채널 선택 모듈(digital channel select module, 110)에 의해 발생되는 제어 신호(112)를 수신하도록 연결된다. 디지털 채널 선택 모듈(110)은 스위치들(98, 100, 102)이 순차적으로, 또한 실질적으로 동일한 주기 동안에 한번에 하나씩 주기적으로 닫히도록 하여, 합성 신호(composite signal, 114)와 직접 결합되는 순차적이고 주기적인 전압 신호들(104, 106, 108)을 발생시킨다. 구체적인 실시예에서, 제어 신호(112)는 약 100 킬로헤르츠(kilohertz, kHz)의 주파수를 가진다.
에러 증폭기(116)는 반전 입력 노드에서 합성 신호(114)를 수신하고, 비반전 입력 노드에서 예를 들어 0.5 볼트인 기준 전압(115)을 수신하며, 에러 신호(118)를 발생하도록 연결된다. 실시예에 있어서, 에러 증폭기(116)는 전류 형태의 출력을 제공하는 트랜스컨덕턴스 증폭기일 수 있다.
회로(90)는 에러 증폭기(116)의 상기 출력 노드에 연결된 커패시터(120)를 포함할 수 있다. 커패시터(120)는 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 에러 노드(12b)의 입력 커패시턴스와 병렬적으로 연결된 에러 증폭기(116)의 출력 커패시턴스의 병렬 조합이 포함될 수 있다. 하지만 다른 실시예에 있어서, 커패시터(120)는 다른 커패시터를 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 커패시터(120)는 약 100 피코패럿의 값을 가진다. 커패시터(120)는 루프 필터를 제공할 수 있고, 피드백 제어 루프를 안정화시킬 수 있도록 선택된 값을 가질 수 있다.
증폭기(116)의 출력 스테이지(미도시)는 다른 방향으로 흐르는 전류보다 더 큰 전류를 일 방향으로 제공할 수 있다. 즉, 증폭기(116)의 상기 출력 스테이지는 싱크하는 전류보다 더 많은 전류를 공급할 수 있으며, 반대의 경우도 마찬가지이다. 예를 들어 이러한 배치에서, 증폭기(116)가 싱크하는 전류보다 더 많은 전류를 공급하는 경우에, 또한 합성 신호(114)의 주기와 관련된 동안에 발생하려는 전압 신호들(104, 106, 108) 중 하나보다 에러 신호(118)가 낮은 전압을 가지는 경우에, 증폭기(118)는 하나 이상의 가장 낮은 전압 신호들(104, 106, 108)에 의해 지배되는 에러 신호(118)를 더 높은 레벨로 구동함으로써 응답한다.
비대칭적인 출력 전류 구동 능력을 가지는 증폭기는 상기 증폭기의 출력 스테이지에 비대칭적인 크기의 출력 트랜지스터들을 포함하는 방식으로 구현될 수 있다.
제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 에러 노드(12b)에서 에러 신호(118)를 수신하도록 연결된다. 또한 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 입력 노드(12c)에서 전원 전압(Vps)을 수신하고, 에러 신호(118)에 응답하여 출력 노드(12a)에서 조절된 출력 전압(122)을 발생하도록 연결된다. 조절된 출력 전압(122)은 도 1의 조절된 출력 전압(38)과 동일하거나 유사할 수 있다. 하지만, 에러 신호(118)는 도 1의 에러 신호(34)와는 다른 방식으로 발생되기 때문에, 조절된 출력 전압(122)은 조절된 출력 전압(38)과 완전하게 동일하지 않아도 된다.
이러한 배치에서, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 전압 신호들(104, 106, 108) 중 하나 이상의 가장 낮은 전압 신호에 의해 주로 제어되며, 전압 신호들(104, 106, 108) 중 나머지 신호들은 영향을 적게 미친다. 따라서, 전압 신호(92, 94, 96)가 전류 레귤레이터들(20, 22, 24) 중 관련된 하나에 대해 적절한 동작을 제공할 수 없을 정도로 낮은 경우, 에러 신호(118)를 증가시키고 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 조절된 출력 전압(122)을 증가시킬 수 있다.
이러한 배치에서, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 전압 신호들(104, 106, 108) 중 하나 이상의 가장 낮은 전압 신호에 의해 주로 제어된다. 하지만, 전압 신호들(104, 106, 108) 중 나머지 신호들 또한 에러 신호(118)의 한 원인이며, 다만 영향을 적게 미친다.
조절된 출력 전압(38)의 원하는 특정 값과 관련하여 도 1을 참조하여 상술되었고, 동일한 원하는 특정 값이 동일한 방식으로 조절된 출력 전압(122)에 적용된다. 상술된, 하나 이상의 가장 낮은 전압 신호들(104, 106, 108)에 의해 지배되는 에러 신호(118)는 조절된 출력 전압(122)의 상기 원하는 특정 값에 거의 도달한다.
회로(90)의 일부 구성요소들은 단일의 집적 회로 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 있어서, 전류 레귤레이터들(20, 22, 24), 스위치들(104, 106. 108), 디지털 채널 선택 회로(110), 증폭기(116), 커패시터(120) 및 도 2와 관련하여 보다 상세하게 설명된 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 내부 소자들 중 일부는 상기 단일의 집적 회로 내에 포함될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 에러 증폭기(116)는 디지털 적분기(또는 카운터)와 연결된 비교기로 대체될 수 있다. 상기 디지털 적분기는 스위치들(98, 100, 102)이 닫힌 경우와 관련된 상기 비교기의 출력들의 가중 합(weighted sum)을 생성한다. 또 다른 실시예에 있어서, 에러 증폭기(116)는 모든 전류 레귤레이터들(20, 22, 24)이 적절하게 조절 동작을 수행하는 경우에만, 더 낮은 조절된 출력 전압(122)을 요청하는 0의 상태를 가지는 출력 신호를 발생하는 비교기로 대체될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 하부(캐소드) 전극들과 각각 연결되도록 도시된 전류 레귤레이터들(20-24)은 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 상부(애노드) 전극들과 각각 연결되도록 대체될 수 있다. 이러한 실시예에서, 입력 노드들(20a-24a)은 조절된 출력 전압(38)을 수신하도록 연결되고, 출력 노드들(20b-24b)은 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 상기 애노드 전극들과 각각 연결될 수 있다. 또한 이러한 실시예에서, 스위치들(98-102)은 입력 노드들(20a-24a)을 대신하여 상기 전압 감지 노드들이 되는 출력 노드들(20b-24b)과 연결되고, 에러 증폭기(116)의 상기 비반전 입력들은 다른 기준 전압을 수신하도록 연결된다.
회로(90)는 종래 기술과 비교하여 이점들을 가진다. 예를 들어, 회로(90)는 상술된 최소 선택 회로가 필요하지 않으며, 집적 회로의 다이 면적을 감소시킬 수 있다. 또한 상술된 비대칭적인 출력 구동 능력을 가지는 에러 증폭기(116)를 포함하는 실시예에 있어서, 회로(90)의 루프 이득은 전류 레귤레이터들(20, 22, 24)이 조절 동작을 더욱 수행함에 따라, 즉 충분히 높은 전압 신호들(92, 94, 96)을 수신함에 따라 변화하는(예를 들어, 감소하는) 경향이 있다. 상기 루프 이득의 감소로 인해 임의의 전류 레귤레이터들(20, 22, 24)이 조절 동작을 시작하자마자 에러 신호(118)가 감소된다. 도 2와 관련하여 상세하게 설명된 것처럼, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)가 부스트 스위칭 레귤레이터인 실시예에 있어서, 이는 피드백 루프의 안정성을 향상시키고, 예를 들어 회로(90)를 턴온시키는 것과 같은 임의의 전압 단계인 동안에 발생할 수 있는 오버슈트 또는 링잉을 감소시킬 수 있다.
도 1의 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호가 사용되는 도 6을 참조하면, 전자회로(130)의 일 예는 직렬 연결된 LED 열들(14, 16, 18)의 캐소드 전극들과 각각 연결된 드레인들을 가지는 FET들(132, 134, 136)을 포함한다. FET들(132, 134, 136)의 소스들은 피드백 신호들(150, 152, 152)이 발생되는 각각의 전류 감지 노드들(150a, 152a, 154a)을 형성하는 저항들(138, 140, 142)의 일단과 각각 연결된다.
피드백 신호들(150, 152, 154)은 증폭기들(144, 146, 148)의 반전 입력 노드들에 각각 연결된다. 예를 들어 0.2 볼트인 기준 전압 신호(156)는 증폭기들(144, 146, 148)의 비반전 노드들에 각각 연결된다. 각각의 증폭기들(144, 146, 148)과 결합된 저항들(138, 140, 142)을 전류 감지 회로들이라 부르기로 한다.
피드백 신호들(150a, 152a, 154a)은 저항들(138, 140, 142)을 흐르는 전류를 각각 나타낼 수 있다. 따라서 피드백 신호들(150a, 152a, 154a)은 예를 들어 도 1의 20, 22, 24와 같은 전류 레귤레이터들의 입력들인 전압들을 나타내지는 않는다.
증폭기들(144, 146, 148)은 전압 신호들(162, 164, 166)을 각각 발생한다. 전압 신호들(162, 164, 166)은 FET들(132, 134, 136)을 각각 흐르는 전류들을 나타낼 수 있는 전압 값들을 가질 수 있다. 따라서 전압 신호들(162, 164, 166)은 예를 들어 도 1의 20, 22, 24와 같은 전류 레귤레이터들의 입력들인 전압들을 나타내지는 않는다.
전류 레귤레이터들(20, 22, 24)이 적절한 동작을 수행할 수 있도록 전류 레귤레이터들(20, 22, 24)의 전압이 각각 충분히 높은 상태를 유지하는 것이 바람직하다는 것이 도 1과 관련하여 상술되었다. 전류 레귤레이터(20, 22, 24) 중 하나 이상은 가장 낮은 전압을 수신한다. 따라서 회로(130)에서, 상기 FET들 중 하나 이상은 가장 높은 전압을 가지는 전압 신호(162, 164, 166)를 수신한다. 상기 가장 높은 전압은 전류 레귤레이터들(20, 22, 24) 중 하나 이상이 가장 턴온되고 부적절한 동작, 즉 셧 오프(shut off)에 가장 근접함을 나타낸다.
따라서, 전압 신호들(162, 164, 166)은 최대 선택 회로(maximum select circuit, 168)에 의해 수신되며, 최대 선택 회로(168)는 전압 신호들(162, 164, 166) 중 가장 높은 신호를 선택하고 상기 가장 높은 신호를 가장 높은 전압 신호(169)로서 통과시키도록 구현된다. 상기 최대 선택 회로의 예들이 도 7 및 도 8과 관련하여 보다 상세하게 후술된다.
에러 증폭기(170)는 가장 높은 전압 신호(169)를 비반전 입력 노드에서 수신하도록 연결된다. 또한 에러 증폭기(170)는 예를 들어 2.5 볼트인 기준 전압 신호(172)를 반전 입력 노드에서 수신하도록 연결된다. 에러 증폭기(170)는 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 입력 노드(12b)와 연결된 에러 신호(174)를 발생시킨다. 에러 증폭기(170)는 상대적으로 동일한 공급 및 싱크 능력을 가지는 출력 스테이지(미도시)를 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 에러 증폭기(170)는 전류 타입의 출력을 제공하는 트랜스컨덕턴스 증폭기일 수 있다.
회로(130)는 에러 증폭기(170)의 상기 출력 노드에 연결된 커패시터(176)를 포함할 수 있다. 커패시터(176)는 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 에러 노드(12b)의 입력 커패시턴스와 병렬적으로 연결된 에러 증폭기(170)의 출력 커패시턴스의 병렬 조합이 포함될 수 있다. 하지만 다른 실시예에 있어서, 커패시터(176)는 다른 커패시터를 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 커패시터(176)는 약 100 피코패럿의 값을 가진다. 커패시터(176)는 루프 필터를 제공할 수 있고, 피드백 제어 루프를 안정화시킬 수 있도록 선택된 값을 가질 수 있다.
제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 에러 노드(12b)에서 에러 신호(174)를 수신하도록 연결된다. 또한 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 입력 노드(12c)에서 전원 전압(Vps)을 수신하고, 에러 신호(174)에 응답하여 출력 노드(12a)에서 조절된 출력 전압(178)을 발생하도록 연결된다. 조절된 출력 전압(178)은 도 1의 조절된 출력 전압(38)과 동일하거나 유사할 수 있다. 하지만, 에러 신호(174)는 도 1의 에러 신호(34)와는 다른 방식으로 발생되기 때문에, 조절된 출력 전압(178)은 조절된 출력 전압(38)과 완전하게 동일하지 않아도 된다.
이러한 배치에서, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 저항들(138, 140, 142)을 흐르는 전류들이 미리 정해진 값을 유지하는 동안에, 모든 FET들(132, 134, 136)이 포화 상태를 벗어난 상태를 유지하도록, 즉 전압 신호들(162, 164, 166) 중 가장 높은 전압이 원하는 값 이하를 유지하도록 주로 제어된다. 각각의 증폭기, FET 및 저항의 그룹들, 예를 들어 증폭기(144), FET(132) 및 저항(138)은 전류 레귤레이터로서 동작한다. 상기 전류 레귤레이터는 전압 신호들(162, 164, 166) 중 가장 높은 전압을 제어하여, 조절된 출력 전압(178)이 예를 들어 1 볼트인 마진 값을 포함할 수 있는 충분히 높은 값을 가지도록 조정함으로써 적절한 동작이 유지된다.
원하는 가장 큰 에러 신호(174)를 통해 가장 큰 전압 강하를 가지는 직렬 연결된 LED 열(14, 16, 18)과 관련된 FET(132, 134, 236)의 선형 동작을 달성할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 증폭기(144, 146, 148)가 발생하는 출력 신호(162, 164, 166)가 5 볼트 또는 그 이하인 경우에, 상기 원하는 가장 큰 에러 신호(174)는 4 볼트 또는 그 이하이다.
조절된 출력 전압(38)의 원하는 특정 값과 관련하여 도 1을 참조하여 상술되었고, 동일한 원하는 특정 값이 동일한 방식으로 조절된 출력 전압(178)에 적용된다. 상술된 에러 신호(174)는 조절된 출력 전압(178)의 상기 원하는 특정 값에 거의 도달한다.
회로(130)의 일부 구성요소들은 단일의 집적 회로 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 있어서, FET들(132, 134, 136), 저항들(138, 140, 142), 증폭기들(144, 146, 148), 최대 선택 회로(168), 에러 증폭기(170), 커패시터(176) 및 도 2와 관련하여 보다 상세하게 설명된 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 내부 소자들 중 일부는 상기 단일의 집적 회로 내에 포함될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 하부 전극들과 각각 연결되도록 도시된 FET들(132-136), 저항들(138-142) 및 증폭기들(144-148)은 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 상부 전극들과 각각 연결되도록 대체될 수 있다.
회로(130)는 종래 기술과 비교하여 이점들을 가진다. 동작함에 있어서, 회로(130)는 모든 FET들(132, 134, 136)이 전류 궁핍(current starvation) 상태가 되지 않도록, 즉 원하는 것처럼 전류를 조절할 수 있도록 보장하는 조절된 전압(178)에 도달하기 위해, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)를 조절할 수 있다. 대조적으로, 종래 기술과 같이 상술된 최소 선택 회로를 사용하는 경우, 전류 레귤레이터들과 관련된 충분한 전압을 제공할 수 있는 원하는 조절된 출력 전압(178)이 제공된다. 상술된 것처럼, 종래 기술의 배치에서, 모든 전류 레귤레이터들이 전류 궁핍 상태가 되지 않도록 예를 들어 1V인 전압 마진이 종종 사용된다. 따라서, 종래 기술은 전압 마진으로 인해 상기 전류 레귤레이터들에서 일부의 전력이 낭비되는 반면에, 회로(130)는 마진없이 또는 더 작은 마진을 가지고 동작할 수 있다.
도 7을 참조하면, 회로(200)는 도 6의 최대 선택 회로(168)로서 사용될 수 있다. 회로(200)는 다이오드들(208, 210, 212)의 캐소드 전극들과 각각 연결된 세 개의 입력 노드들(202, 204, 206)을 포함한다. 다이오드들(208, 210, 212)의 애노드 전극들은 전류 레귤레이터(214)의 입력 노드 및 회로의 출력 노드(216)에 함께 연결된다.
출력 노드(216)에서 나타나는 출력 신호(VMAX)는 입력 노드들(202, 204, 206)에서 나타나는 입력 신호들 중 가장 큰 신호일 수 있다.
도 8을 참조하면, 다른 회로(230)는 도 6의 최대 선택 회로(168)로서 사용될 수 있다. 회로(230)는 FET들(238, 240, 242)의 게이트들과 각각 연결된 세 개의 입력 노드들(232, 234, 236)을 포함한다. FET들(238, 240, 242)의 드레인들은 FET(244)의 소스에 함께 연결된다. FET들(238, 240, 242)의 소스들은 전류 레귤레이터(250)의 입력 노드에 함께 연결된다. FET(244)의 게이트는 FET(246)의 게이트 및 FET(244)의 소스와 연결된다. FET(246)의 소스는 회로(230)의 출력 노드(252)와 연결된다. 출력 노드(252)는 FET(248)의 게이트 및 드레인과 연결된다. FET(248)의 소스는 전류 레귤레이터(250)의 상기 입력 노드와 연결된다.
출력 노드(252)에서 나타나는 출력 신호(VMAX)는 입력 노드들(238, 240, 242)에서 나타나는 입력 신호들 중 가장 큰 신호일 수 있다.
도 1 및 도 5의 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호가 사용되는 도 9를 참조하면, 전자 회로(270)의 일 예는 전압 신호들(272, 274, 276)을 각각 수신하도록 연결된 스위치들(98, 100, 102)을 포함한다. 전압 신호들(272, 274, 276)은 도 1의 전압 신호들(26, 28, 30) 또는 도 5의 전압 신호들(92, 94, 96)과 각각 동일하거나 유사할 수 있다. 또한 스위치들(98, 100, 102)은 스위치들(98, 100, 102)을 개방(open) 또는 접속(close)시키는 디지털 채널 선택 모듈(296)에서 발생되는 제어 신호(298)를 수신하도록 연결되지만, 디지털 채널 선택 모듈(296)은 도 5의 디지털 채널 선택 모듈(110)과는 다른 방식으로 구성된다. 디지털 채널 선택 모듈의 동작은 보다 상세하게 후술된다.
에러 증폭기(290)는 반전 입력 노드에서 합성 신호(286)를 수신하고, 비반전 입력 노드에서 예를 들어 0.5 볼트인 기준 전압(115)을 수신하도록 연결되며, 에러 신호(300)를 발생한다. 도 5의 에러 증폭기(116)와는 달리, 에러 증폭기(290)의 출력 스테이지(미도시)는 일반적으로 대칭적인 양 방향 구동 능력을 가지는 전류를 제공할 수 있다. 실시예에 있어서, 에러 증폭기(290)는 전류 타입의 출력을 제공하는 트랜스컨덕턴스 증폭기일 수 있다.
회로(270)는 에러 증폭기(116)의 상기 출력 노드에 연결된 커패시터(302)를 포함할 수 있다. 커패시터(302)는 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 에러 노드(12b)의 입력 커패시턴스와 병렬적으로 연결된 에러 증폭기(290)의 출력 커패시턴스의 병렬 조합이 포함될 수 있다. 하지만 다른 실시예에 있어서, 커패시터(302)는 다른 커패시터를 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 커패시터(302)는 약 100 피코패럿의 값을 가진다. 커패시터(302)는 루프 필터를 제공할 수 있고, 피드백 제어 루프를 안정화시킬 수 있도록 선택된 값을 가질 수 있다.
제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 에러 노드(12b)에서 에러 신호(300)를 수신하도록 연결된다. 또한 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 입력 노드(12c)에서 전원 전압(Vps)을 수신하고, 에러 신호(300)에 응답하여 출력 노드(12a)에서 조절된 출력 전압(304)을 발생하도록 연결된다. 조절된 출력 전압(304)은 도 1의 조절된 출력 전압(38) 또는 도 5의 조절된 출력 전압(122)과 동일하거나 유사할 수 있다. 하지만, 에러 신호(300)는 도 1의 에러 신호(34) 및 도 5의 에러 신호(118)와는 다른 방식으로 발생되기 때문에, 조절된 출력 전압(304)은 조절된 출력 전압들(38, 122)과 완전하게 동일하지 않아도 된다.
또한 전자 회로(270)는 하나의 입력은 기준 전압(115)을 수신하고 다른 하나의 입력은 합성 신호(286)를 수신하도록 연결된 비교기(292)를 포함할 수 있다. 비교기(294)는 디지털 채널 선택 모듈(296)에서 수신되는 비교 신호(294)를 발생한다.
동작함에 있어서, 디지털 채널 선택 모듈(296)은 특정한 채널들 중 하나씩을 선택하고, 따라서 스위치들(98, 100, 102)을 하나씩 접속시킨다. 디지털 채널 선택 모듈(296)은 예를 들어 1 마이크로초(microsecond, ㎲)와 같은 적어도 미리 정해진 최소 시간 동안 상기 선택된 스위치들이 닫히도록 한다. 에러 증폭기(290) 및 비교기(294) 모두는 스위치들(98, 100, 102) 중 상기 선택된 스위치에 따라 전원 전압들(272, 274, 276) 중 하나를 수신하도록 연결된다. 스위치들(98, 100, 102) 중 상기 선택된 스위치는 전류 레귤레이터들(20, 22, 24) 중 관련된 전류 레귤레이터가 적절한 전류 조절 동작을 수행할 때까지, 즉 관련된 전압 신호(272, 274, 276)가 충분히 높은 값을 가질 때까지 닫혀진 상태를 유지한다. 전류 레귤레이터들(20, 22, 24) 중 상기 관련된 전류 레귤레이터가 적절한 전류 조절 동작을 수행한 경우, 디지털 채널 선택 모듈(296)은 다음 채널로 스위칭한다. 즉, 디지털 채널 선택 모듈(296)은 스위치들(98, 100, 102) 중 다른 하나를 선택하여 닫히도록 한다. 디지털 채널 선택 모듈(296)은 이러한 계속적이고 순차적인 방식으로 스위치들(98, 100, 102)에 대한 동작을 계속한다.
이러한 배치에서, 커패시터(302)에 의해 제공되는 평균값으로 인해, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 전압 신호들(272, 274, 276) 중 하나 이상의 가장 낮은 전압 신호에 의해 주로 제어되며, 전압 신호들(272, 274, 276) 중 나머지 신호들은 영향을 적게 미친다. 상기 하나 이상의 가장 낮은 전압 신호는 스위치들(98, 100, 102) 중 가장 오랫동안 닫혀있는 관련된 하나의 스위치에서 수신된다. 따라서, 전압 신호(272, 274, 276)가 전류 레귤레이터들(20, 22, 24) 중 관련된 하나에 대해 적절한 동작을 제공할 수 없을 정도로 낮은 경우, 에러 신호(300)를 증가시키고 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 조절된 출력 전압(304)을 증가시킬 수 있다.
이러한 배치에서, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)는 전압 신호들(272, 274, 276) 중 하나 이상의 가장 낮은 전압 신호에 의해 주로 제어된다. 하지만, 전압 신호들(272, 274, 276) 중 나머지 신호들 또한 에러 신호(300)의 한 원인이며, 다만 영향을 적게 미친다.
조절된 출력 전압(38)의 원하는 특정 값과 관련하여 도 1을 참조하여 상술되었고, 동일한 원하는 특정 값이 동일한 방식으로 조절된 출력 전압(302)에 적용된다. 상술된, 하나 이상의 가장 낮은 전압 신호들(272, 274, 276)에 의해 지배되는 에러 신호(300)는 조절된 출력 전압(304)의 상기 원하는 특정 값에 거의 도달한다.
회로(270)의 일부 구성요소들은 단일의 집적 회로 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 있어서, 전류 레귤레이터들(20, 22, 24), 스위치들(104, 106. 108), 디지털 채널 선택 회로(296), 에러 증폭기(290), 비교기(292), 커패시터(302) 및 도 2와 관련하여 보다 상세하게 설명된 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 내부 소자들 중 일부는 상기 단일의 집적 회로 내에 포함될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 에러 증폭기(290)는 디지털 적분기(또는 카운터)와 연결된 비교기로 대체될 수 있다. 상기 디지털 적분기는 스위치들(98, 100, 102)이 닫힌 경우와 관련된 상기 비교기의 출력들의 가중 합을 생성한다. 또 다른 실시예에 있어서, 에러 증폭기(290)는 모든 전류 레귤레이터들(20, 22, 24)이 적절하게 조절 동작을 수행하는 경우에만, 더 낮은 조절된 출력 전압(304)을 요청하는 0의 상태를 가지는 출력 신호를 발생하는 비교기로 대체될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 하부(캐소드) 전극들과 각각 연결되도록 도시된 전류 레귤레이터들(20-24)은 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 상부(애노드) 전극들과 각각 연결되도록 대체될 수 있다. 이러한 실시예에서, 입력 노드들(20a-24a)은 조절된 출력 전압(38)을 수신하도록 연결되고, 출력 노드들(20b-24b)은 직렬 연결된 LED 열들(14-18)의 상기 애노드 전극들과 각각 연결될 수 있다. 또한 이러한 실시예에서, 스위치들(98-102)은 입력 노드들(20a-24a)을 대신하여 상기 전압 감지 노드들이 되는 출력 노드들(20b-24b)과 연결되고, 에러 증폭기(290)의 상기 비반전 입력들은 다른 기준 전압을 수신하도록 연결된다.
회로(270)는 종래 기술과 비교하여 이점들을 가진다. 예를 들어, 회로(270)는 상술된 최소 선택 회로가 필요하지 않으며, 집적 회로의 다이 면적을 감소시킬 수 있다.
도 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8 및 9의 실시예들은 직렬 연결된 LED 열들이 세 개인 경우를 나타낸다. 하지만, 다른 회로들은 하나의 직렬 연결된 LED 열을 가지는 경우를 포함하여, 세 개 이상 또는 미만의 직렬 연결된 LED 열들은 가지는 경우에 적용되도록 확장 또는 축소될 수 있다.
상술된 것처럼, 도 1, 4, 5, 6 및 9의 실시예들은 직렬 연결된 LED 열들(14, 16, 18)의 상기 애노드 전극들, 및 전류 레귤레이터들(예를 들어 도 1의 20, 22, 24) 또는 직렬 연결된 LED 열들(14, 16, 18)의 상기 캐소드 전극들과 접지 사이에 연결된 다른 소자들(예를 들어 도 6의 132, 134, 136)과 연결된 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 상기 조절된 출력 전압을 나타낸다. 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 상기 조절된 출력 전압이 상기 전류 레귤레이터들과 연결되고, 상기 전류 레귤레이터들은 직렬 연결된 LED 열들(14, 16, 18)의 상기 애노드 전극들과 차례로 연결되는 다른 유사한 실시예들 또한 가능할 수 있다. 상기와 같은 경우 직렬 연결된 LED 열들(14, 16, 18)의 상기 캐소드 전극들이 접지와 연결될 수 있다. 또한, 제어 가능한 DC-DC 컨버터(12)의 상기 조절된 출력 전압이 음전압(negative voltage)인 또 다른 실시예들이 가능할 수 있다.
여기에서 언급된 모든 참조들은 이로써 그것들의 전체에 대한 참조로써 여기에 포함된다. 상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (43)

  1. 제어 가능한 DC-DC 컨버터(controllable DC-DC converter)를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들(series connected light emitting diode strings)을 구동하는 전자 회로에 있어서,
    각각이 입력 노드 및 출력 노드를 가지는 복수의 전류 레귤레이터(current regulator)들, -각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드는 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 하나의 일단(end)과 각각 연결되고, 상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각은 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 상기 연결된 하나를 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시킴-; 및
    복수의 입력 신호들을 수신하고 상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드와 각각 연결된 복수의 입력 노드들, 에러 신호를 발생하는 출력 노드, 및 기준 전압을 수신하는 기준 전압 입력 노드를 가지는 다입력 에러 증폭기(multi-input error amplifier)를 포함하고,
    상기 에러 신호는 상기 에러 증폭기에 의해 수신되는 상기 복수의 입력 신호들의 산술 평균(arithmetic mean)을 나타내는 전자 회로.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터는 상기 에러 신호를 수신하도록 연결되고, 전압을 수신하는 입력 노드 및 조절된 출력 전압(regulated output voltage)을 발생하는 출력 노드를 포함하며, 상기 에러 신호는 상기 조절된 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터는 스위칭 레귤레이터(switching regulator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  5. 삭제
  6. 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여, 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 전자 회로에 있어서,
    각각이 입력 노드 및 출력 노드를 가지는 복수의 전류 레귤레이터(current regulator)들, -각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드는 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 하나의 일단(end)과 각각 연결되고, 상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각은 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 상기 연결된 하나를 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시킴-; 및
    상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드와 연결되는 입력 노드, 접합 노드(junction node)와 연결된 출력 노드, 및 기준 전압을 수신하는 기준 전압 입력 노드를 각각 가지며, 상기 접합 노드에서 에러 신호를 발생하는 복수의 분리된 에러 증폭기들을 포함하고,
    상기 복수의 분리된 에러 증폭기들은, 상기 접합 노드에서 상기 복수의 분리된 에러 증폭기들의 출력 신호들의 합산 결과를 발생하는 복수의 트랜스컨덕턴스(transconductance) 증폭기들을 포함하는 전자 회로.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 복수의 분리된 에러 증폭기들 각각은 공급할 수 있는 전류량과는 다른 전류량을 싱크(sink)하여 비대칭(asymmetrical) 구동 능력을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터는 상기 에러 신호를 수신하도록 연결되고, 전압을 수신하는 입력 노드 및 조절된 출력 전압을 발생하는 출력 노드를 포함하며, 상기 에러 신호는 상기 조절된 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터는 스위칭 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 복수의 분리된 에러 증폭기들 각각은 공급할 수 있는 전류량과는 다른 전류량을 싱크하여 비대칭 구동 능력을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  11. 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 전자 회로에 있어서,
    각각이 입력 노드 및 출력 노드를 가지는 복수의 전류 레귤레이터(current regulator)들, -각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드는 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 하나의 일단(end)과 각각 연결되고, 상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각은 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 상기 연결된 하나를 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시킴-;
    상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드와 연결되는 입력 노드, 합성 신호(composite signal)를 발생하도록 함께 연결된 출력 노드 및 제어 노드를 각각 가지는 복수의 스위치들;
    상기 복수의 스위치들의 상기 제어 노드들과 연결되고, 순차적이고 주기적으로 상기 복수의 스위치들 중 하나를 닫는 디지털 채널 선택 회로(digital channel select circuit); 및
    상기 합성 신호를 수신하도록 연결된 입력 노드 및 에러 신호를 발생하는 출력 노드를 가지는 에러 증폭기를 포함하는 전자 회로.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 에러 증폭기는 공급할 수 있는 전류량과는 다른 전류량을 싱크할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터는 상기 에러 신호를 수신하도록 연결되고, 전압을 수신하는 입력 노드 및 조절된 출력 전압을 발생하는 출력 노드를 포함하며, 상기 에러 신호는 상기 조절된 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터는 스위칭 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 에러 증폭기는 공급할 수 있는 전류량과는 다른 전류량을 싱크할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  16. 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 전자 회로에 있어서,
    드레인, 소스 및 게이트를 각각 가지고, 상기 드레인에서 상기 소스로 미리 정해진 전류를 각각 통과시키는 복수의 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)들;
    상기 복수의 FET들 중 하나의 상기 소스와 각각 연결되어 전류 감지 노드를 각각 형성하는 제1단, 및 제2단을 각각 가지는 복수의 저항들, -상기 각각의 FET의 상기 드레인 또는 상기 각각의 저항의 상기 제2단은 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 하나의 일단(end)과 각각 연결됨-;
    상기 각각의 전류 감지 노드와 연결된 입력 노드, 및 상기 각각의 FET의 상기 게이트와 연결된 출력 노드를 각각 가지고, 상기 각각의 FET의 상기 드레인에서 상기 소스로 상기 미리 정해진 전류가 통과되도록 상기 각각의 FET를 제어하는 제어 전압 신호를 상기 출력 노드에서 각각 발생하는 복수의 증폭기들;
    상기 복수의 증폭기들로부터 상기 제어 전압 신호들을 수신하도록 연결된 복수의 입력 노드들, 및 출력 노드를 가지고, 상기 제어 전압 신호들 중 가장 큰 신호를 선택하며, 상기 제어 전압 신호들 중 상기 가장 큰 신호를 나타내는 신호를 상기 출력 노드에서 발생하는 최대 선택 회로(maximum select circuit); 및
    상기 최대 선택 회로의 상기 출력 노드와 연결된 입력 노드, 및 에러 신호를 발생하는 출력 노드를 가지는 에러 증폭기를 포함하는 전자 회로.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터는 상기 에러 신호를 수신하도록 연결되고, 전압을 수신하는 입력 노드 및 조절된 출력 전압을 발생하는 출력 노드를 포함하며, 상기 에러 신호는 상기 조절된 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터는 스위칭 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  19. 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 전자 회로에 있어서,
    각각이 입력 노드 및 출력 노드를 가지는 복수의 전류 레귤레이터(current regulator)들, -각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드는 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 하나의 일단(end)과 각각 연결되고, 상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각은 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 중 상기 연결된 하나를 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시킴-;
    상기 복수의 전류 레귤레이터들 각각의 상기 입력 노드 또는 상기 출력 노드와 연결되는 입력 노드, 합성 신호를 발생하도록 함께 연결된 출력 노드, 및 제어 노드를 각각 가지는 복수의 스위치들;
    상기 합성 신호를 수신하도록 연결되고 비교 신호를 발생하는 비교기;
    상기 비교 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 복수의 스위치들의 상기 제어 노드들과 연결되며, 상기 비교 신호에 응답하여 순차적으로 한 주기 동안에 상기 복수의 스위치들 중 하나를 각각 닫는 디지털 채널 선택 회로; 및
    상기 합성 신호를 수신하도록 연결된 입력 노드, 및 에러 신호를 발생하는 출력 노드를 가지는 에러 증폭기를 포함하는 전자 회로.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 에러 증폭기는 공급할 수 있는 전류량과는 다른 전류량을 싱크할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터는 상기 에러 신호를 수신하도록 연결되고, 전압을 수신하는 입력 노드 및 조절된 출력 전압을 발생하는 출력 노드를 포함하며, 상기 에러 신호는 상기 조절된 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터는 스위칭 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 에러 증폭기는 공급할 수 있는 전류량과는 다른 전류량을 싱크할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  24. 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 각각 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시켜, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 각각의 일단에 나타나는 전압을 각각 유기시키고(induce), 복수의 전압들을 유기시키는 단계;
    출력 노드, 기준 전압을 수신하는 기준 노드 및 복수의 입력 노드들을 가지는 다입력 에러 증폭기(multi-input error amplifier)를 이용하여, 상기 복수의 입력 노드들에서 상기 복수의 전압들을 수신하는 단계; 및
    상기 다입력 에러 증폭기를 이용하여, 상기 복수의 전압들을 합산하여 에러 신호를 발생하고 상기 DC-DC 컨버터를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 에러 신호는 에러 증폭기에 의해 수신되는 복수의 입력 신호들의 산술 평균(arithmetic mean)을 나타내는 방법.
  25. 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 각각 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시켜, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 각각의 일단에 나타나는 전압을 각각 유기시키는 단계;
    복수의 분리된 에러 증폭기들을 이용하여, 상기 전압들 중 하나를 각각 나타내는 복수의 분리된 중간 신호들 각각을 발생하는 단계; 및
    상기 중간 신호들을 합산하여 에러 신호를 발생하고 상기 DC-DC 컨버터를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  26. 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 각각 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시켜, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 각각의 일단에 나타나는 전압을 각각 유기시키는 단계;
    상기 전압들을 순차적이고 주기적으로 각각 샘플링하여 전압 샘플들을 발생하는 단계; 및
    상기 전압 샘플들을 합산하여 에러 신호를 발생하고 상기 DC-DC 컨버터를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  27. 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 방법에 있어서,
    각각의 피드백 전류 제어 회로를 이용하여 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 각각 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시켜, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 각각의 일단에 나타나는 전압을 각각 유기시키고, 상기 피드백 회로의 제어 노드는 상기 각각의 전압의 변화에 반대되는 방향으로 변화하는 제어 전압을 발생하는 단계;
    상기 제어 전압들 중 가장 큰 전압을 검출하는 단계; 및
    상기 제어 전압들 중 상기 가장 큰 전압을 나타내는 에러 신호를 생성하여 상기 DC-DC 컨버터를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  28. 제어 가능한 DC-DC 컨버터를 이용하여 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 구동하는 방법에 있어서,
    상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들을 각각 흐르는 미리 정해진 전류를 각각 통과시켜, 상기 복수의 직렬 연결된 발광 다이오드 열들 각각의 일단에 나타나는 전압을 각각 유기시키는 단계;
    상기 전압들을 순차적으로 각각 샘플링하여 전압 샘플들을 발생하는 단계;
    상기 전압 샘플들을 문턱 신호(threshold signal)와 각각 비교하여 비교 신호를 발생하는 단계; 및
    상기 전압 샘플들을 합산하여 에러 신호를 발생하고 상기 DC-DC 컨버터를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 전압 샘플들은 상기 비교 신호에 응답하는 시간 주기를 각각 가지는 방법.
  29. 제 6 항에 있어서,
    루프 필터를 형성하도록 상기 접합 노드와 연결되는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  30. 제 25 항에 있어서, 상기 중간 신호들을 각각 발생하는 단계는,
    복수의 에러 증폭기들을 이용하여 상기 전압들을 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 에러 증폭기들 각각은 공급할 수 있는 전류량과는 다른 전류량을 싱크(sink)할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 복수의 에러 증폭기들은 복수의 트랜스컨덕턴스(transconductance) 증폭기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 에러 신호를 필터링하여 루프 필터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 25 항에 있어서, 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터는 상기 에러 신호를 수신하도록 연결되고, 전압을 수신하는 입력 노드 및 조절된 출력 전압을 발생하는 출력 노드를 포함하며, 상기 에러 신호는 상기 조절된 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 제어 가능한 DC-DC 컨버터는 스위칭 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 중간 신호들을 각각 발생하는 단계는,
    복수의 에러 증폭기들을 이용하여 상기 전압들을 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 에러 증폭기들 각각은 공급할 수 있는 전류량과는 다른 전류량을 싱크(sink)할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 복수의 에러 증폭기들은 복수의 트랜스컨덕턴스(transconductance) 증폭기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 에러 신호를 필터링하여 루프 필터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 25 항에 있어서, 상기 중간 신호들을 각각 발생하는 단계는,
    복수의 에러 증폭기들을 이용하여 상기 전압들을 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 복수의 에러 증폭기들은 복수의 트랜스컨덕턴스(transconductance) 증폭기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 에러 신호를 필터링하여 루프 필터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제 7 항에 있어서,
    루프 필터를 형성하도록 상기 접합 노드와 연결되는 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 전자 회로의 루프 이득은 상기 복수의 전류 레귤레이터들이 조절 동작을 더욱 수행함에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  43. 제 29 항에 있어서,
    상기 전자 회로의 루프 이득은 상기 복수의 전류 레귤레이터들이 조절 동작을 더욱 수행함에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
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