KR101679629B1 - 발광 다이오드 부하를 구동하는 전자 회로 및 방법 - Google Patents

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Abstract

제어 가능한 변환기가 구비된 LED 부하를 구동하는 회로는, 제1 레벨을 가지는 PWM 신호에 응답하여 변환기를 턴-오프하고 제2 레벨을 가지는 PWM 신호에 응답하여 변환기를 턴-온하는 제어 회로를 포함한다. LED 부하에 직렬로 연결된 부하 분리 스위치 또한 PWM 신호에 의해 제어되어 PWM 신호가 변환기를 턴-오프할 때 개방됨으로써, 부하 전류 경로를 개방한다.

Description

발광 다이오드 부하를 구동하는 전자 회로 및 방법{ELECTRONIC CIRCUITS AND METHODS FOR DRIVING A LIGHT EMITTING DIODE (LED) LOAD}
본 발명은 일반적으로 전자 회로들에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 발광 다이오드(LED) 부하를 구동하는 데에 이용되는 전자 회로들에 관한 것이다.
LED 부하를 구동하는 전자 구동기 회로들은 종종 상기 부하에 제어된 전류를 제공하는 제어 가능한 DC-DC 변환기를 포함한다. 상기 부하가 LED들의 복수의 병렬 스트링들을 포함하는 경우, 상기 구동기 회로는 보통 복잡한 전류 레귤레이터(regulator) 회로들이 각 LED 스트링을 통하여 동일한 전류를 생성하는 것을 필요로 한다. 동일한 LED 전류의 생성은 상기 LED 스트링들의 순방향(forward) 전압이 서로 다를 수 있어 복잡하다.
상기 복잡한 전류 레귤레이터 회로들에 대한 필요성은 단일한 LED 스트링만을 구동하는 구동기 회로들에서는 요구되지 않는다. 이 경우, 상기 DC-DC 변환기는 단순한 피드백 구성, 예를 들어 상기 부하와 직렬로 연결된 감지 저항에 걸리는 전압을 감지하는 것에 기초하여 상기 LED 스트링에 제어된 전류를 제공할 수 있다.
펄스폭 변조(pulse width modulation, PWM) 신호로 불릴 수 있는 외부 신호가 원하는 밝기에 비례하는 듀티 사이클(duty cycle)로 상기 DC-DC 변환기를 턴-온 및 턴-오프함으로써 상기 LED들의 밝기를 제어하는 데에 이용될 수 있다. 전류 레귤레이터 회로로 상기 PWM 신호가 상기 부하 전류를 제어할 때에 가능한 것과 같이, 상기 PWM 신호는 상기 원하는 밝기를 성취하도록 상기 DC-DC 변환기를 신속하게 턴-온 및 턴-오프하는 것이 바람직하다. 따라서, 단일 스트링 LED 구동기에서 많은 비용이 들고 복잡한 전류 레귤레이터 회로들이 제거되는 것이 바람직한 한편, PWM 밝기 제어에 유용하고 이러한 전류 레귤레이터 회로들의 사용으로 달성될 수 있는 신속한 부하 전류 제어가 또한 유지되지 않을 수 있다.
본 발명의 목적은 LED 부하를 구동하는 전자 회로 및 LED 부하를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, 제어 가능한(controllable) 변환기가 구비된 LED 부하를 구동하는 전자 회로는 에러 신호를 수신하는 입력 노드 및 상기 변환기에 구동 신호를 제공하는 출력 노드를 가지는 제어 회로를 포함한다. 상기 제어 회로는 제1 레벨을 가지는 PWM 신호에 응답하여 상기 변환기를 턴-오프하고 제2 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 상기 변환기를 턴-온하도록 상기 PWM 신호에 응답한다. 부하 분리 스위치(load disconnect switch)는, FET일 수 있고, 상기 LED 부하에 직렬로 연결되고, 상기 PWM 신호에 응답하는 제어 노드를 가지며, 상기 제1 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 열리고(open) 상기 제2 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 닫히도록(close) 구성된다.
상기 회로는 상기 제어 회로의 상기 입력 노드와 기준 전위 사이에 직렬로 연결되고, 상기 제1 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 닫히고 상기 제2 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 열리도록 상기 PWM 신호에 응답하는 제어 노드를 가지는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 PWM 신호는, 상기 제1 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 상기 제어 회로를 디스에이블하도록 상기 제어 회로에 디지털 인에이블/디스에이블 신호를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제어 가능한 변환기는 부스트 스위칭 레귤레이터(boost switching regulator)와 같은 DC-DC 변환기이다. 감지 저항이 상기 LED 부하에 직렬로 제공될 수 있고, 기준 전위에 연결된 제1 입력 및 상기 감지 저항에 연결된 제2 입력을 가지는 증폭기에 의해 상기 에러 신호가 제공될 수 있다. 상기 부하 분리 스위치는 상기 LED 부하와 기준 전위 사이에 연결되거나, 상기 변환기와 상기 LED 부하 사이에 연결될 수 있다. DC 신호를 상기 PWM 신호로 변환하도록 DC/PWM 변환기가 제공될 수 있다. 상기 부하는 복수의 직렬 연결된 LED들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라, LED 부하를 제어하는 방법은 변환기에 구동 신호를 제공하는 단계, -상기 변환기는 상기 LED 부하에 조정된(regulated) 전압을 제공하고, 상기 구동 신호는 제어 회로에 의해 생성되어 상기 변환기가 제1 레벨을 가지는 PWM 신호에 응답하여 턴-오프되고 제2 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 턴-온되도록 함-를 포함한다. 상기 방법은 상기 제어 회로가 상기 구동 신호를 생성하는 데에 사용하도록 상기 LED 부하에 흐르는 전류를 나타내는 에러 신호를 생성하는 단계, 및 상기 PWM 신호로, 상기 제1 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 열리고(open) 상기 제2 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 닫히도록 상기 LED 부하에 직렬로 연결된 부하 분리 스위치(load disconnect switch)를 제어하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제2 스위치가 상기 제1 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 닫히고 상기 제2 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 열리도록 상기 PWM 신호로 상기 제어 회로의 입력 노드 및 기준 전위에 직렬로 연결된 상기 제2 스위치를 제어함으로써 상기 PWM 신호에 응답하여 상기 변환기가 턴-오프되도록 하는 단계를 포함할 수 있다. 감지 저항으로 상기 LED 부하에 흐르는 전류가 감지될 수 있고, 상기 에러 신호를 생성하는 단계는, 기준 전위에 연결된 제1 입력 및 상기 감지 저항에 연결된 제2 입력을 가지는 증폭기의 출력으로 상기 에러 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 DC 신호에 응답하여 상기 PWM 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 PWM 신호의 듀티 사이클(duty cycle)은 상기 DC 신호의 레벨에 응답하여 변경된다. 상기 부하 분리 스위치는 상기 LED 부하와 기준 전위 사이에 연결되거나, 상기 변환기의 상기 출력 노드와 상기 LED 부하 사이에 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, LED 부하를 제어하는 방법은 변환기로 상기 LED 부하에 조정된(regulated) 전압을 제공하는 단계, PWM 신호로 상기 변환기를 주기적으로 턴-온 및 턴-오프하는 단계, 및 상기 변환기가 턴-오프되었을 때 상기 부하를 지나는 전류 경로를 개방하는 단계를 포함한다. 상기 LED 부하를 지나는 상기 전류 경로를 개방하는 단계는, 상기 LED 부하에 직렬로 연결된 부하 분리 스위치를 개방하는 단계, 및 상기 PWM 신호로 상기 부하 분리 스위치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 부하 분리 스위치는 상기 LED 부하의 애노드(anode) 또는 상기 LED 부하의 캐소드(cathode)에 연결될 수 있다. 상기 조정된 전압은, 상기 부하를 지나는 전류를 감지하고, 상기 감지된 부하 전류에 응답하여 에러 신호를 생성하며, 상기 에러 신호에 응답하여 제어 회로로 상기 변환기에 대한 구동 신호를 생성함으로써, 제공될 수 있다. 상기 방법은 상기 변환기를 턴-오프하도록 상기 제어 회로의 입력 노드를 기준 전위에 연결하는 단계, 및 상기 변환기를 턴-온하도록 상기 제어 회로의 상기 입력 노드를 상기 기준 전위로부터 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 LED 부하와 기준 전위 사이에 상기 부하 분리 스위치를 연결하거나, 상기 변환기의 상기 출력 노드와 상기 LED 부하 사이에 상기 부하 분리 스위치를 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이러한 구성들로, 상기 PWM 신호에 의한 상기 LED 밝기의 제어가 다른 가능한 방법들보다 신속하게 수행된다. 이는 상기 부하 분리 스위치가 상기 변환기가 턴-오프될 때 상기 부하 전류 경로를 개방함으로써, (변환기 출력 커패시터가 방전되도록 대기하지 않고) 상기 부하 전류 흐름을 신속하게 종료시키기 때문이다. 이러한 방식으로 상기 부하 전류 경로를 개방시키는 것은 또한, 상기 부하 전류 경로가 개방될 때 (상기 출력 커패시터가 충전되기를 대기하지 않고) 상기 변환기 출력 전압이 상기 출력 커패시터에 저장되므로, 상기 변환기가 다음에 턴-온되었을 때 상기 부하 전류가 보다 신속하게 흐르기 시작하도록 할 수 있다.
본 개시에 따른 LED 부하를 구동하는 전자 회로 및 LED 부하를 제어하는 방법은 LED 부하의 밝기를 신속하게 제어할 수 있다.
본 발명 및 본 발명의 상술한 특징들은 첨부된 도면들 및 후술된 상세한 설명으로부터 보다 명확하게 될 것이다. 첨부된 도면들에서,
도 1은 LED 부하에 직렬로 연결된 부하 분리 스위치(load disconnect switch)를 포함하는 LED 부하 구동 전자 회로의 개략도이다.
도 2는 DC/PWM 변환기를 더 포함하는 대안적인 LED 부하 구동 전자 회로의 개략도이다.
도 3은 DC-DC 변환기와 LED 부하 사이에 연결된 부하 분리 스위치를 포함하는 다른 대안적인 LED 부하 구동 전자 회로의 개략도이다.
도 4는 다중 스트링 LED 부하를 구동하는 전자 회로의 개략도로서, 상기 변환기를 정지시키는 대안적인 구성을 나타내는 개략도이다.
도 4a는 다중 스트링 LED 부하를 구동하는 대안적인 전자 회로의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 제어 가능한 전압 변환기(12)를 구비한 LED 부하(28)를 구동하는 전자 회로(10)가 도시되어 있다. 전압 변환기(12)는 입력 전압(14)(VBATT)이 수신되는 입력 노드(12a), LED 부하(28)에 연결된 출력 노드(12b), 및 제어 노드(12c)를 가진다. 도시된 실시예에서, 제어 가능한 전압 변환기(12)는 스위칭 레귤레이터이고, 보다 구체적으로, 출력 노드(12b)에서 입력 전압(14)보다 큰 조정된(regulated) 출력 전압(26)(Vreg)을 제공하는 부스트 스위칭 레귤레이터(boost switching regulator)이다. 부스트 스위칭 레귤레이터의 특정한 회로 토폴로지(topology)가 도시되어 있으나, 부스트 스위칭 레귤레이터가 다양한 회로 구성들로 형성될 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 상기 제어 가능한 변환기가, 예를 들어 벅(Buck) 변환기, 벅-부스트(Buck-boost) 변환기, 차지 펌프 등과 같은 다양한 종래의 형태들을 가질 수 있는 것을 이해할 수 있을 것이다.
LED 부하(28)는, LED 디스플레이에 사용될 수 있는 바와 같이, 직렬 연결된 LED들의 스트링을 포함한다. 상기 LED들은, 도시된 바와 같이, 캐소드(cathode)에서 애노드(anode)로, 직렬로 연결된다. LED 부하(28)는 단일한 LED 스트링의 형태로 도시되어 있으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들은, 예시적으로 도 4 및 도 4a의 실시예들에서 도시된 바와 같이, 본 발명이 복수의 병렬 LED 스트링들을 구동하는 데에 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전자 회로(10)는, 소정의 조정된 출력 전압(Vreg)을 제공함으로써 LED 부하(28)에 소정의 레벨의 구동 전류를 제공하기 위하여 전압 변환기(12)를 제어하는 LED 구동기 회로(30)를 더 포함한다. LED 구동기 회로(30)는 에러 신호(48)를 수신하도록 연결된 입력 노드(32a) 및 변환기 제어 노드(12c)에 연결된 출력 또는 스위칭 노드(32b)를 가지는 스위칭 회로(32)를 포함한다.
예시적으로 도시된 부스트 스위칭 레귤레이터(12)는 변환기 입력 노드(12a)에 연결된 제1 노드, 및 다이오드(20)의 애노드 및 스위칭 노드(32b)에 연결된 제2 노드를 가지는 인덕터(18)를 포함한다. 출력 커패시터(22)는 다이오드(20)의 캐소드에 연결되고, 조정된 출력 전압(26)(Vreg)은 커패시터(22)에서 제공된다.
부스트 스위칭 레귤레이터(12)는, 스위칭 회로(32)의 스위칭 노드(32b)가 상기 변환기의 제어 노드(12c)에 연결되도록, 스위칭 회로(32)를 포함하거나, 또는 스위칭 회로(32)에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 입력 커패시터(16)는 부스트 스위칭 레귤레이터(12)의 입력 노드(12a)에 연결될 수 있다.
구동기 회로(30)는 집적 회로의 형태로 제공될 수 있다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들은, 구동기 회로(30)의 구성요소들이 특정한 응용에 적합하도록 분리되어(discretely) 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
스위칭 회로(32)는 제어 회로(34) 및 스위치(36)를 포함한다. 제어 회로(34)는 에러 신호(48)에 응답하고, 상기 에러 신호 레벨에 따라 스위치 전도(conduction)의 듀티 사이클(duty cycle)을 제어하는 스위치(36)에 구동 신호(35)를 제공한다. 제어 회로(34)는 종래의 펄스폭 변조(pulse width modulation, PWM) 제어 기술들을 구현할 수 있다. 조정된 출력 전압(Vreg)은 아래에 보다 자세히 개시된 피드백 루프 방식으로 LED 부하(28)를 지나는 소정의 구동 전류를 달성하는 데에 필요한 레벨로 유지된다.
구동기 회로(30)는 또한, 에러 신호(48)를 제공하고, 상기 피드백 루프를 완성하도록 감지 저항(40)의 노드(38)에 연결된 제1 입력을 가지는 에러 증폭기(46)를 포함한다. 감지 저항(40)이 다이오드 부하(28)에 직렬로 연결됨으로써, 노드(38)의 전압은 상기 부하에 흐르는 전류를 나타낼 수 있다. 에러 증폭기(46)는, 에러 신호(48)가 노드(38)의 전압과 기준 전압(VREF)의 차이를 나타내도록, 기준 전압(45)(VREF)을 수신하는 제2 입력을 가진다. 기준 전압(VREF)은, 상기 LED 부하에 상기 소정의 구동 전류가 제공되도록 선택된다.
LED 부하(28)의 밝기는 외부 신호에 의해 제어되고, 여기서 상기 외부 신호는 PWM 노드(44)에서 구동기 회로(30)에 연결되고 PWM 신호(47)라 불린다. PWM 신호(47)는 조정된 전압(26)(Vreg)을 조절하여 원하는 LED 밝기를 성취하도록 변환기(12)가 필요에 따라 턴-온 및 턴-오프하도록 만드는 디지털 신호이다. PWM 신호(47)는 스위치 회로(32) 및 전압 변환기(12)의 동작 주파수(예를 들어, 메가헤르츠 범위)에 비하여 상대적으로 낮은 주파수 신호(예를 들어, 수백 헤르츠 범위)이다. PWM 신호(47)는 인버터(50)를 통하여 스위치(52)에 연결되어, 상기 PWM 신호가 제1 신호 레벨(여기서 "오프 상태(off state)"에 있는 것으로 불림)일 때, 스위치(52)가 닫힘으로써, 스위칭 회로(32) 및 제어 회로(24)의 입력 노드(32a)가 접지되고, 스위치(36) 및 스위칭 레귤레이터(12)가 턴-오프된다. 반면에, PWM 신호(47)가 제2 신호 레벨(여기서 "온 상태(on state)"에 있는 것으로 불림)일 때, 스위치가 열림으로써, 제어 회로(34) 및 스위치 구동 신호(35)가 동작하도록 한다. 이와 달리, 도 4의 실시예에서 도시된 바와 같이, 인버터(50)는 제어 회로(34)에 직접 연결될 수 있고, PWM 신호(47)는 제어 회로(34)에 디지털 인에이블/디스에이블 신호를 제공할 수 있다.
본 발명에 따라, 구동기 회로(30)는 도시된 실시예에서 감지 저항(40)과 접지 사이에서 LED 부하(28)에 직렬로 연결된 추가적인 스위치(42)를 포함하고, 여기서 이는 부하 분리 스위치(load disconnect switch)로 불린다. 스위치(42)는 또한 PWM 신호(47)에 의해 제어된다. 특히, PWM 신호(47)가 상기 제1 신호 레벨일 때, 즉 "오프 상태(off state)"일 때, 스위치(42)가 열림으로써, 부하 전류 경로가 개방되어 LED 부하(28)에 전류가 흐르지 않게 된다. PWM 신호(47)가 상기 제2 신호 레벨일 때, 즉 "온 상태(on state)"일 때, 스위치(42)가 닫히고 상기 LED 부하에 전류가 흐를 수 있다. 따라서, PWM 신호(47)가 상기 오프 상태일 때, LED 부하(28)를 지나는 전류 경로가 개방되어 전류가 상기 부하에 흐르는 것이 신속하게 중지된다. 따라서, PWM 신호(47)에 의해 전압 변환기(12)가 선택적으로 턴-온 및 턴-오프되고 스위치(42)가 열림 및 닫힘으로써 원하는 LED 밝기가 달성된다.
상기 부하 전류 경로를 차단하는 것은 전압 변환기(12)를 턴-오프하는 것과 동시에 수행된다. 상기 PWM 신호의 상기 오프 상태 동안, 상기 부하 전류가 0일 때 조정된 출력 전압(Vreg)은 커패시터(22)에 의해 유지되어, 상기 PWM 신호가 상기 온-상태로 되돌아갈 때, 바람직하게도, 상기 소정의 부하 전류가 상기 LED 부하에 신속하게 제공된다.
구동기 회로(30)는, 도시된 바와 같이, 스위칭 회로(32)의 입력(32a)과 커패시터(56) 사이에 연결된 추가적인 스위치(54)를 포함한다. 스위치(54)가 상기 PWM 오프 상태 동안 열리고, 변환기(12)가 온(on)일 때 커패시터(56)가 에러 신호 전압(48)의 레벨로 충전되고 변환기가 오프(off)일 때 커패시터(56)가 상기 에러 신호 전압을 저장하기 위하여 상기 PWM 온 상태 동안 닫히도록, 스위치(54)가 PWM 신호(47)에 의해 제어된다. 이러한 구성으로, PWM 신호(47)가 다음에 상기 변환기를 턴-온하도록 상기 온 상태로 천이(transition)될 때, 스위칭 회로(32)의 입력 노드(32a)는 상기 마지막 에러 신호 전압 레벨로 복귀함으로써, 조정된 출력 전압(Vreg)이 다른 가능한 구성들보다 신속하게 상기 원하는 소정의 전압 레벨을 달성하도록 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 1과 유사한 구성요소들은 유사한 참조번호들이 지정되어 있으며, 대안적인 회로(100)는 DC-DC 변환기(12) 및 대안적인 구동기 회로(102)를 포함한다. 구동기 회로(102)는 VDC 노드(104)에서 제공되는 DC 입력 신호를 PWM 신호(47)로 변환하는 DC/PWM 변환기(106)를 포함하고, 이는 다시 스위치들(42, 52 및 54)을 도 1을 참조하여 설명한 방식으로 제어한다.
보다 구체적으로, 본 실시예에서, LED 부하의 밝기는 노드(104)에 DC 전압을 인가함으로써 제어되고, 상기 DC 전압의 레벨은 변환기(106)에 의해 상기 DC 전압 레벨에 비례하는 듀티 사이클(duty cycle)을 가지는 PWM 신호로 변환된다. 예를 들어, DC/PWM 변환은 상기 DC 전압 레벨을 톱니 파형에 비교함으로써 수행되어 PWM 신호(47)를 제공할 수 있다.
LED 부하(28)의 밝기를 제어하는 다양한 대안적인 방법들 또한 가능하다. 예를 들어, 구동기 회로(102)는 직렬 펄스열(serial pulse train) 입력 신호를 수신하고 이러한 신호 타입을 디지털 PWM 신호(47)로 변환하도록 구성될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 스위치들(42, 52 및 54)은 MOSFET들로 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 스위치들(142 및 154)은 p-채널 MOSFET들로 도시되어 있고, (도 1의) 스위치(52) 및 인버터(50)의 조합이, 도시된 바와 같이, n-채널 MOSFET(152)으로 대체되어 있다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명의 장점을 달성하기 위한 다른 스위치 타입들 및 구성들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 3을 참조하면, 도 1과 유사한 구성요소들은 유사한 참조번호들이 지정되어 있으며, 대안적인 회로(140)는 DC-DC 변환기(12), 및 부하 분리 스위치(42)가 변환기 출력 노드(12b)와 LED 부하(28)의 애노드 사이에 직렬로 연결되도록 구성된 대안적인 구동기 회로(150)를 포함한다. 스위치(144)는 도 1의 스위치(32)와 동일한 방식으로 제어되어 PWM 신호(47)가 변환기(12)를 턴-오프할 때 상기 LED 부하를 지나는 전류 경로를 개방하고, 상기 PWM 신호가 상기 변환기를 턴-온할 때 상기 LED 부하를 지나는 상기 전류 경로를 연결한다.
도 1 내지 도 3의 실시예들은 단일 스트링 LED 부하(28)를 구동하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들은, 도 4 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 부하 분리 스위치의 장점들이 다수의 병렬 LED 스트링들을 구동하는 데에 적용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 도 4 및 도 4a에서 도 1과 유사한 구성요소들은 유사한 참조번호들이 지정되어 있다.
도 4를 참조하면, 회로(160)는 DC-DC 변환기(12) 및 대안적인 구동 회로(164)를 포함한다. 여기서, 상기 LED 부하는 복수의 병렬 연결된 LED 스트링들(28a-28n)을 포함한다. 이러한 다중 스트링 실시예에서, 각 스트링(28a-28n)에 흐르는 전류를 제어하는 데에 전류 레귤레이터들이 사용되는 것이 아니고, 상기 전류가 단일한 스트링(28a)에 연결된 감지 저항(40)으로부터의 피드백에 기초하여 제어된다. LED 스트링들(28a-28n)의 순방향(forward) 전압이 변경될 수 있으므로, 바람직하게는, 감지 저항(40)에 연결된 스트링(28a)이, 상기 조정된 전압이 상기 LED 스트링들 모두를 정확히 구동하기에 충분한 레벨로 유지되나 과도하게 큰 감지 저항( 및 이에 수반되는 전력 손실)을 요구하지 않는 것을 보장하도록, 최대 순방향 전압 강하를 가진다.
구동기 회로(164)에서, (도 1의) 스위치(52)가 생략되고, 인버터(50)는 제어 회로(34)에 연결된다. 본 실시예에서, PWM 신호(47)는 제어 회로(34)에 디지털 인에이블/디스에이블 신호를 제공한다. 예를 들어, 제어 회로(34)는, 에러 신호(48)에 의해 형성되는 듀티 사이클에 따라 구동 신호(35)를 생성하도록 상기 스위치 구동 신호 및 상기 PWM 신호(또는 도시된 바와 같이 상기 PWM 신호의 반전 신호)에 응답하는 AND 게이트와 같은 로직 게이트를 포함할 수 있고, 한편 이는 PWM 신호(47)가 상기 온 상태일 때만 스위치(36)가 턴-온되도록 하는 방식일 수 있다.
또한 도 4a를 참조하면, 다중 병렬 LED 스트링들(28a-28n)을 구동하는 대안적인 회로는 DC-DC 변환기(12) 및 대안적인 구동기 회로(174)를 포함한다. 다시 여기서, 각 LED 스트링(28a-28n)에 흐르는 전류를 제어하도록 전류 레귤레이터들이 사용되는 것이 아니고, 상기 전류는 감지 저항으로부터의 피드백에 기초하여 제어된다. 보다 구체적으로, 여기서, 각 LED 스트링(28a-28n)은 각각의 감지 저항(40a-40n)에 연결되고, 이는 다시 부하 분리 스위치에 연결된다. 감지 저항들(40a-40n)은 분리된 개별적인 저항들이거나, 이와 달리 단일한 저항으로 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 각 감지 저항(40a-40n)은 부하 분리 스위치(42a)에 연결된다. 이와 달리, 점선으로 도시된 바와 같이, 각 감지 저항(40a-40n)이 각각의 부하 분리 스위치(42a-42n)에 연결될 수 있고, 이러한 스위치들은 PWM 신호(47)에 의해 공통으로 제어될 수 있다. 도시된 바와 같이, 감지 노드(38)가 다중 LED 스트링들(28a-28n)에 연결된 경우, 상기 피드백 신호는 각 스트링에서 상기 전압들의 평균이다.
상술한 바를 참조하여, 다중 스트링 LED 부하 실시예에서 다중 LED 스트링들에 흐르는 상기 전류가 상기 LED 스트링들 중 하나(도 4) 또는 그 이상(도 4a)으로부터의 피드백 경로에 의해 제어될 수 있는 것이 분명하게 될 것이다. 게다가, 각 LED 스트링은 단일한 부하 분리 스위치(도 4) 또는 개별적인 전용 부하 분리 스위치(도 4a)에 연결될 수 있다. 또한, 단일한 스트링(28a)에만 연결된 감지 저항에 의해 상기 DC-DC 변환기의 조정(regulation)을 위한 상기 피드백 경로가 제공되는 다중 스트링 LED 부하 실시예(도 4)에서도 다른 LED 스트링들(28b-28n)이 상기 부하 전류의 능동적인 조정을 위한 전류 레귤레이터 회로들에 연결될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 특허에 속하는 다양한 개념들, 구조들 및 기술들을 설명하기 위하여 바람직한 실시예들이 개시되었고, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 이러한 개념들, 구조들 및 구조들을 포함하는 다른 실시예들이 이용될 수 있음이 분명하게 되었을 것이다. 이에 따라, 본 특허의 범위는 상술한 실시예들에 한정되지 않고 후술되는 특허청구범위의 의미 및 범위에 의해서만 한정되어야 할 것이다.

Claims (24)

  1. 조정된(regulated) 출력 전압이 제공되는 출력 노드를 가진 제어 가능한(controllable) 변환기가 구비된 LED 부하를 구동하는 전자 회로에 있어서,
    에러 신호를 수신하는 입력 노드 및 상기 변환기에 구동 신호를 제공하는 출력 노드를 가지고, 제1 레벨을 가지는 PWM 신호에 응답하여 상기 변환기를 턴-오프하고 제2 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 상기 변환기를 턴-온하도록 상기 PWM 신호에 응답하는 제어 회로, -상기 입력 노드는 상기 변환기가 턴-온될 때 상기 에러 신호의 이전 레벨을 더욱 수신함-;
    상기 LED 부하에 직렬로 연결되고, 상기 PWM 신호에 응답하는 제어 노드를 가지며, 상기 제1 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 열리고(open) 상기 제2 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 닫히도록(close) 구성된 부하 분리 스위치(load disconnect switch); 및
    상기 제어 회로의 상기 입력 노드와 외부 커패시터 사이에 연결되고, 상기 PWM 신호에 응답하는 제어 노드를 가지며, 상기 제2 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 닫히고(close) 상기 제1 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 열리도록(open) 구성된 에러 신호 스위치(error signal switch)를 포함하고,
    상기 에러 신호 스위치가 닫힐 때 상기 에러 신호 스위치는 상기 외부 커패시터에 저장된 상기 에러 신호의 상기 이전 레벨을 상기 제어 회로의 상기 입력 노드에 제공하고, 이어서 상기 외부 커패시터를 상기 에러 신호의 현재 레벨로 충전하며, 상기 에러 신호 스위치가 열릴 때 상기 에러 신호 스위치는 상기 외부 커패시터를 상기 제어 회로로부터 분리시키는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 회로의 상기 입력 노드와 기준 전위 사이에 직렬로 연결되고, 상기 PWM 신호에 응답하는 제어 노드를 가지며, 상기 제1 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 닫히고 상기 제2 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 열리도록 구성된 제2 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 변환기는 DC-DC 부스트 스위칭 레귤레이터(DC-DC boost switching regulator)인 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 LED 부하에 직렬로 연결된 감지 저항; 및
    기준 전위에 연결된 제1 입력, 상기 감지 저항에 연결된 제2 입력, 및 상기 에러 신호가 제공되는 출력을 가지는 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 부하 분리 스위치는 상기 LED 부하와 기준 전위 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 부하 분리 스위치는 상기 변환기의 상기 출력 노드와 상기 LED 부하 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 LED 부하는 복수의 직렬 연결된 LED들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  8. 제1 항에 있어서,
    DC 신호에 응답하여 상기 PWM 신호를 생성하고, 상기 DC 신호의 레벨에 응답하여 상기 PWM 신호의 듀티 사이클(duty cycle)을 변경하는 PWM 신호 생성기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 부하 분리 스위치는 FET를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
  10. LED 부하를 제어하는 방법에 있어서,
    변환기에 구동 신호를 제공하는 단계, -상기 변환기는 상기 LED 부하에 조정된(regulated) 전압을 제공하고, 상기 구동 신호는 제어 회로에 의해 생성되어 상기 변환기가 제1 레벨을 가지는 PWM 신호에 응답하여 턴-오프되고 제2 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 턴-온되도록 함-;
    상기 제어 회로가 상기 구동 신호를 생성하는 데에 사용하도록 상기 LED 부하에 흐르는 전류를 나타내는 에러 신호를 생성하는 단계;
    상기 변환기가 턴-온될 때 상기 제어 회로에 외부 커패시터에 저장된 상기 에러 신호의 이전 레벨을 제공하고, 이어서 상기 외부 커패시터를 상기 에러 신호의 현재 레벨로 충전하도록 에러 신호 스위치가 닫히고, 상기 변환기가 턴-오프될 때 상기 외부 커패시터를 상기 제어 회로로부터 분리시키도록 상기 에러 신호 스위치가 열리도록, 상기 제어 회로와 상기 외부 커패시터 사이에 연결된 상기 에러 신호 스위치(error signal switch)를 제어하는 단계; 및
    상기 PWM 신호로 부하 분리 스위치(load disconnect switch)를 제어하는 단계, -상기 부하 분리 스위치는 상기 LED 부하에 직렬로 연결되고, 상기 제1 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 열리고(open) 상기 제2 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 닫히도록 구성됨-를 포함하는 LED 부하 제어 방법.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 PWM 신호에 응답하여 상기 변환기가 턴-오프되도록 하는 것은, 제2 스위치가 상기 제1 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 닫히고 상기 제2 레벨을 가지는 상기 PWM 신호에 응답하여 열리도록 상기 PWM 신호로 상기 제어 회로의 입력 노드 및 기준 전위에 직렬로 연결된 상기 제2 스위치를 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 부하 제어 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    감지 저항으로 상기 LED 부하에 흐르는 전류를 감지하는 단계를 더 포함하고,
    상기 에러 신호를 생성하는 단계는, 기준 전위에 연결된 제1 입력 및 상기 감지 저항에 연결된 제2 입력을 가지는 증폭기의 출력으로 상기 에러 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 부하 제어 방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    DC 신호에 응답하여 상기 PWM 신호를 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 PWM 신호의 듀티 사이클(duty cycle)은 상기 DC 신호의 레벨에 응답하여 변경되는 것을 특징으로 하는 LED 부하 제어 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 LED 부하와 기준 전위 사이에 상기 부하 분리 스위치를 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 부하 제어 방법.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 변환기의 출력 노드와 상기 LED 부하 사이에 상기 부하 분리 스위치를 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 부하 제어 방법.
  16. LED 부하를 제어하는 방법에 있어서,
    에러 신호에 응답하여 제어 회로에 의해 제어되는 변환기로 상기 LED 부하에 조정된(regulated) 전압을 제공하는 단계;
    PWM 신호로 상기 변환기를 주기적으로 턴-온 및 턴-오프하는 단계;
    상기 변환기가 턴-온될 때 상기 제어 회로에 외부 커패시터에 저장된 상기 에러 신호의 이전 레벨을 제공하고, 이어서 상기 외부 커패시터를 상기 에러 신호의 현재 레벨로 충전하도록 에러 신호 스위치가 닫히고, 상기 변환기가 턴-오프될 때 상기 외부 커패시터를 상기 제어 회로로부터 분리시키도록 상기 에러 신호 스위치가 열리도록, 상기 제어 회로와 상기 외부 커패시터 사이에 연결된 상기 에러 신호 스위치(error signal switch)를 제어하는 단계; 및
    상기 변환기가 턴-오프될 때 상기 부하를 지나는 전류 경로를 개방하는 단계를 포함하는 LED 부하 제어 방법.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 LED 부하를 지나는 상기 전류 경로를 개방하는 단계는,
    상기 LED 부하에 직렬로 연결된 부하 분리 스위치를 개방하는 단계; 및
    상기 PWM 신호로 상기 부하 분리 스위치를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 부하 제어 방법.
  18. 제17 항에 있어서, 상기 부하 분리 스위치는 상기 LED 부하의 애노드(anode)에 연결된 것을 특징으로 하는 LED 부하 제어 방법.
  19. 제17 항에 있어서, 상기 부하 분리 스위치는 상기 LED 부하의 캐소드(cathode)에 연결된 것을 특징으로 하는 LED 부하 제어 방법.
  20. 제16 항에 있어서, 상기 조정된 전압을 제공하는 단계는,
    상기 부하를 지나는 전류를 감지하는 단계;
    상기 감지된 부하 전류에 응답하여 상기 에러 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 에러 신호에 응답하여 상기 제어 회로로 상기 변환기에 대한 구동 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 부하 제어 방법.
  21. 제18 항에 있어서,
    상기 변환기를 턴-오프하도록 상기 제어 회로의 입력 노드를 기준 전위에 연결하는 단계; 및
    상기 변환기를 턴-온하도록 상기 제어 회로의 상기 입력 노드를 상기 기준 전위로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 부하 제어 방법.
  22. 제17 항에 있어서,
    상기 LED 부하와 기준 전위 사이에 상기 부하 분리 스위치를 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 부하 제어 방법.
  23. 제17 항에 있어서,
    상기 변환기의 출력 노드와 상기 LED 부하 사이에 상기 부하 분리 스위치를 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 부하 제어 방법.
  24. 삭제
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