KR101929989B1 - 추측된 출력 전류 피드백 센싱을 위한 1차측 상태 추정기를 갖는 드라이버 회로 - Google Patents

추측된 출력 전류 피드백 센싱을 위한 1차측 상태 추정기를 갖는 드라이버 회로 Download PDF

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Abstract

1차측 상태 추정기 회로가 펄스폭 변조된 플라이백 컨버터 또는 벅 컨버터의 폐루프 제어를 위한 추측된 출력 전류 감지를 위해 제공되는 LED 드라이버 회로 및 이를 위한 격리된 DC-DC 컨버터가 제공된다.

Description

추측된 출력 전류 피드백 센싱을 위한 1차측 상태 추정기를 갖는 드라이버 회로{DRIVER CIRCUIT WITH PRIMARY SIDE STATE ESTIMATOR FOR INFERRED OUTPUT CURRENT FEED BACK SENSING}
LED 드라이버 및 다른 조명 전력 회로는 종종 광원을 구동하기 위한 DC 전력을 제공하기 위해 플라이백 컨버터, 벅-부스트 컨버터 및 벅 컨버터를 채용한다. 이러한 컨버터를 위한 폐루프 제어를 제공하기 위해, 출력 전류에 비례하는 신호가 통상적으로 출력 회로 내의 전류 감지 저항을 경유하여 제어 변수로서 사용된다. 직접 출력 감지는 출력이 변압기에 의해 입력으로부터 격리되어 있는 컨버터에서 행해질 수 없는데, 이 경우에 출력 전류는 전류 변압기 및/또는 광학 격리 부품을 사용하여 감지되어 왔다. 그러나, 이들 부품은 회로 기판 공간을 차지하고 고비용이다. 더욱이, 직접 감지는 출력 전류의 임의의 직접 감지가 드라이버 효율을 상당히 낮추기 때문에, 격리가 있거나 없이 저전력 컨버터에서 바람직하지 않다. 전류 변압기는 효율에 대한 영향을 최소화할 수 있지만, 이들 가외의 부품은 부피가 크고 컨버터 자체의 비용에 비교하여 고가이고, 컨버터의 소형화에 영향을 미친다. 이에 따라, 폐루프 전력 컨버터 제어를 위한 향상된 출력 전류 감지 능력 및 시스템에 대한 요구가 존재한다.
본 발명은 출력 감지 저항 또는 전류 변압기로부터 이를 추출하기보다는 1차측 전류 모드 제어 감지 저항으로부터 출력 전류를 추측하기 위한 기술 및 회로를 제공한다. 본 발명의 다양한 양태는 LED를 구동하기 위한 플라이백 컨버터, 벅 컨버터 및 벅-부스트 컨버터와 같은 광원을 구동하기 위한 전력 컨버터에 또는 다른 유형의 광원에 전력 공급하는데 사용된 이러한 컨버터 스테이지에 유리하게 채용될 수 있다. 개시된 실시예에서, PWM 스위치를 통해 흐르는 전류가 감지되고 컨버터 PWM 구동 신호에 의해 제어된 아날로그 스위치를 사용하여 상태 추정기의 캐패시터를 충전하는데 사용된다. 추정기 스위치 및 캐패시터는 감지 저항으로부터 전류를 샘플링하고, 이를 전류 모드 제어 비교기의 트립점을 설정하는데 사용을 위해 에러 증폭기에 공급한다. 본 발명은 따라서 종래의 펄스 변압기형 감지 접근법에 고유한 비용, 공간 및 효율 절충 없이 출력 전류 추정을 용이하게 한다.
변압기, 메인 전원 스위치, PWM 제어기 및 에러 증폭기를 갖는 펄스폭 변조(PWM) 회로, 및 변압기 2차로부터 전기적으로 격리된 추정기 회로를 포함하는 적어도 하나의 광원에 전력 공급하기 위한 회로가 제공된다. 특정 실시예에서, 펄스폭 변조 회로 및 추정기 회로는 주문형 집적 회로(ASIC)에 통합된다.
변압기는 1차 권선 및 2차 권선을 갖고, 2차 권선은 AC-구동 램프에 전력 공급하기 위해 LED와 같은 광원 또는 후속의 컨버터 스테이지에 전력을 공급하도록 연결된다. 감지 저항이 변압기 1차 권선과 회로 접지 사이에 접속되고, 제 1 스위칭 디바이스가 감지 저항 및 변압기 1차 권선과 직렬로 연결된다. 스위치는 스위치가 온일 때 선택적으로 1차 권선 내에 전류가 흐르게 하기 위해 펄스폭 변조된 제어 신호에 의해 동작된다. PWM 제어기는 적어도 부분적으로 PWM 제어 입력에 기초하여 스위치 제어 입력 단자에 펄스폭 변조된 제어 신호의 형태의 구동 출력을 제공하고, 감지 저항의 제 1 단자로부터 감지 전압을 수신하도록 연결된 비교기 입력을 포함한다. PWM 제어 입력에 신호를 제공하도록 연결된 에러 입력 및 출력을 포함하는 에러 증폭기가 제공된다.
추정기 회로는 PWM 제어기 비교기 입력과 연결된 제 1 단자, 뿐만 아니라 에러 증폭기의 에러 입력과 연결된 제 2 단자를 갖는 캐패시턴스를 포함한다. 게다가, 추정기는 제 2 캐패시터 단자와 회로 접지 사이에 연결된 제 2 스위칭 디바이스, 뿐만 아니라 PWM 제어기 구동 출력과 연결된 제어 입력을 포함한다. 제 2 스위치는 선택적으로 제 1 스위칭 디바이스가 1차 권선 내의 전류 흐름을 허용할 때 캐패시턴스가 감지 전압에 기초하여 충전되게 하도록 제 2 캐패시터 단자를 접지와 연결하고, 제 1 스위칭 디바이스가 1차 전류 흐름을 방지할 때 캐패시턴스가 에러 증폭기에 신호를 제공하게 하도록 회로 접지로부터 캐패시턴스의 제 2 단자를 분리한다. 이 방식으로, 에러 증폭기는 출력 효율을 희생하지 않고 그리고 부피가 크고 고비용인 감지 및 격리 회로를 요구하지 않고, 플라이백 또는 다른 유형의 컨버터의 2차 권선 내에 흐르는 출력 전류를 표현하는 신호를 제공받는다.
특정 실시예에서, 추정기의 제 2 스위칭 디바이스는 캐패시턴스의 제 2 단자와 연결된 소스, 회로 접지와 연결된 드레인 및 펄스폭 변조 제어기의 구동 출력과 연결된 게이트를 갖는 n-채널 MOSFET이다. 다른 구현예에서, 추정기는 게이트, 캐패시턴스의 제 2 단자와 연결된 드레인 및 회로 접지와 연결된 소스를 갖는 p-채널 MOSFET, 뿐만 아니라 펄스폭 변조 제어기의 구동 출력과 연결된 입력 및 제 2 스위칭 디바이스의 게이트와 연결된 출력을 갖는 인버터를 포함한다.
특정 실시예에서, 제로 교차 검출 입력을 갖는 천이 모드 PWM 제어기가 사용되고, 회로는 1차 권선과 자기적으로 연결된 하나 이상의 감지 권선을 갖는 제로 교차 검출 회로를 포함한다. 제로 교차 회로는 1차 권선의 제로 교차 상태를 감지하고, PWM 제어기의 제로 교차 검출 입력에 신호를 제공한다.
주문형 집적 회로(ASIC)가 펄스폭 변조된 전력 컨버터 회로를 동작하기 위해 제공된다. ASIC은 설정점, 구동 출력, 비교기 출력 및 회로 접지를 위한 입력 단자들, 뿐만 아니라 PWM 제어기, 에러 증폭기 및 추정기 회로를 포함한다. PWM 제어기는 PWM 제어 입력, 비교기 입력 단자와 연결된 비교기 입력 및 적어도 부분적으로 PWM 제어 입력에 따라 출력 단자를 구동하기 위해 펄스폭 변조된 제어 신호를 제공하는 구동 출력을 갖는다. 에러 증폭기는 설정점 입력 단자와 연결된 입력과, PWM 제어기의 PWM 제어 입력에 신호를 제공하도록 연결된 출력을 포함한다. 추정기 회로는 캐패시턴스 및 스위치를 포함하고, 여기서 캐패시턴스는 비교기 입력과 에러 증폭기 입력 사이에 연결되고, 스위치는 캐패시터와 회로 접지 사이에 접속된다. 스위치는 PWM 제어기 구동 출력으로부터 제어 입력을 수신하고, 제 1 모드에서 캐패시턴스가 비교기 입력 단자에서 감지된 전압에 기초하여 충전되도록 캐패시턴스를 회로 접지에 연결하고, 제 2 모드에서 캐패시턴스가 신호를 에러 증폭기에 제공하게 하도록 접지로부터 캐패시턴스의 제 2 단자를 분리한다. 특정 실시예에서, PWM 제어기는 천이 모드 PWM 제어기이다. 특정 실시예에서, ASIC 스위치는 PWM 제어기 구동 출력과 연결된 게이트를 갖는 n-채널 MOSFET이다. 다른 실시예에서, 스위치는 MOSFET 게이트와 PWM 제어기 구동 출력을 연결하는 인버터를 갖는 p-채널 MOSFET이다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따라 2차측 출력 전류를 추정하기 위해 1차측 추정기 회로를 사용하는 플라이백 DC-DC 컨버터를 갖는 예시적인 LED 드라이버 회로를 도시하는 개략도.
도 2는 도 1의 플라이백 컨버터의 1차 권선 회로 내의 감지 저항을 가로지르는 전압을 도시하는 그래프.
도 3은 도 1의 회로의 추정기 회로 스위치 제어 단자에서 게이트 구동 신호를 도시하는 그래프.
도 4는 도 1의 컨버터 내의 추정기 캐패시턴스를 가로지르는 전압을 도시하는 그래프.
도 5는 도 1의 컨버터 내의 추정기 회로에 의해 에러 증폭기에 제공된 추정된 2차 전류 신호를 도시하는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 p-채널 MOSFET 스위치 및 인버터를 사용하는 추정기 회로를 갖는 다른 드라이버 회로 실시예를 도시하는 개략도.
하나 이상의 예시적인 실시예가 이하의 상세한 설명 및 도면에 설명되어 있다.
이제, 도면을 참조하면, 유사한 도면 부호가 전체에 걸쳐 유사한 요소를 나타내는데 사용되고, 다양한 특징은 반드시 실제 축적대로 도시되어 있는 것은 아니다. 도 1은 하나 이상의 LED 광원(108)을 구동하기 위해 입력 정류기(104)로부터 DC 전력을 변환하기 위한 플라이백 DC-DC 컨버터(106)를 갖는 예시적인 LED 드라이버 회로(100)를 도시한다. 드라이버(100)는 출력 필터 캐패시터(C3)를 갖는 정류기(104)를 경유하여 DC 버스로 변환되는 단상 또는 다상 입력 소스(102)로부터 AC 전력을 수신하고, 여기서 DC는 일 구현예에서 회로 접지(GND)를 참조하지만, 이는 본 발명의 엄격한 요건은 아니다. 이 실시예에서 DC-DC 컨버터 스테이지(106)는 변압기(T1)를 구동하기 위해 정류기(104)로부터 DC 버스를 변환하는 플라이백 컨버터이고, 2차 회로는 LED 로드(108)를 구동하기 위해 전류를 DC 출력 전력으로 변환한다. 변압기(T1)는 지시된 도트 극성을 갖는 1차 권선(L1) 및 2차 권선(L2)을 포함한다. 2차 회로는 LED 어레이(108)에 제공된 정류된 DC 전력을 평활화하기 위해 출력 캐패시터(C6)와 함께 하부 출력 분기에 정류 다이오드(D3)를 갖는 권선(L2)을 포함한다. 이 경우에 정류기(D3)는 전류가 1차 권선(L1)에 흐를 때('도트' 내로), 권선(L2) 내의 대응 2차 전류('도트' 외로)는 차단되도록 위치되어, 플럭스가 변압기(T1)의 코어 내에 누적되게 하고, 역으로 2차 전류는 일단 1차 전류가 플라이백 작동을 위해 정지하면 권선(L2)으로부터 캐패시터(C6) 및 로드(108)로[그리고, 권선(L2)의 '도트' 단부 내로 재차] 흐를 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 1차 권선(L1)을 통한 전류의 흐름은, 이 경우에 n-채널 MOSFET(다른 컨버터 스위치 유형이 사용될 수 있지만)인 제 1 스위칭 디바이스(Q1)에 의해 제어된다. Q1은 직렬 접속 감지 저항(RS)과 함께 1차 권선(L1)과 회로 접지(GND) 사이에 직렬로 접속된다. 1차 전류가 이 직렬 회로를 통해 흐름에 따라, RS를 통한 전류는 감지 저항(RS)을 가로질러 대응 전압(VS)[회로 접지(GND)에 대해]을 제공한다. 이 감지된 저항(VS)은 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이 1차 전류의 사이클간 제어 및 상태 추정기 회로(110)의 캐패시턴스(C1)를 충전하기 위해 사용된다. 이 예에서 제 1 스위칭 디바이스(Q1)는 1차 권선(L1)과 연결된 드레인(D), 감지 저항(RS)과 연결된 소스(S) 및 게이트 제어 입력 단자(G)를 포함한다. Q1의 스위칭 동작은 PWM 제어기(U1)로부터 게이트(G)에 인가된 제어 신호를 경유하여 수행되어 스위치(Q1)가 제 1 모드에서 드레인과 소스를 선택적으로 전기적으로 연결하게 하고, 다르게는 제 2 모드(높은 소스/드레인 임피던스, 또는 Q1의 "오프" 상태)에서 1차 전류가 흐르는 것을 방지한다.
드라이버(100)는 펄스폭 변조(PWM) 회로(120) 및 추정기 회로(110)를 또한 포함하고, 여기서 회로(110, 120)는 특정 실시예에서 주문형 집적 회로(ASIC)(150) 내에 통합될 수 있다. 다른 구현예에서, 추정기 회로(110)는 게이트 구동 신호(112), 감지 전압 입력(114)(VS)을 수신하기 위한 단자, 접지 단자 접속 단자(GND) 및 피드백 추정 신호(116)를 제공하기 위한 출력 단자를 갖는 개별 ASIC일 수 있다.
PWM 회로(120)는 PWM 제어 입력(INV) 및 감지 전압(VS)을 수신하기 위한 감지 저항(RS)의 상부(제 1) 단자와 연결된 비교기 입력(CS)을 갖는 PWM 제어기(U1)를 포함한다. 제어기(U1)는 적어도 부분적으로 PWM 제어 입력(INV)에 따라 저항(R8)을 경유하여 Q1의 게이트에 펄스폭 변조된 제어 신호를 제공하는 구동 출력(GD)을 또한 포함하고, 여기서 게이트 구동 신호(112)는 추정기 회로(110)에 또한 연결된다. 특정 실시예의 PWM 제어기(U1)는 PWM 드라이버 출력(GD)을 위한 토템폴 출력 스테이지를 제공하는 Intersil 및 STMicroelectronics로부터 입수 가능한 L6562 집적 회로와 같은 천이 모드 전력 팩터 보정(PFC) 제어기이다. 디바이스(U1)는 에러 증폭기(EA)의 출력을 반전하기 위해 정확하게 도시된 실시예에서 사용된 반전 입력(INV) 및 출력(COMP)을 갖는 온보드 에러 증폭기(도시 생략)를 포함한다. 보상 네트워크(도시 생략)는 EA의 반전 입력과 그 출력 단자 사이에 삽입될 수 있다. 주지된 바와 같이, PWM 제어기(U1), 에러 증폭기(EA) 및 상태 추정기(110)의 기능은 ASIC(150)으로서 구현될 수 있다. 가능한 ASIC 실시예는 도 1의 예에서 INV 입력의 사용에 의해 제공된 반전을 필요로 하지 않을 수도 있고, 대신에 반전은 ASIC 천이 모드 로직 내에 구성될 수 있다. 일반적으로, 승산기 입력(MULT)이 내부 펄스폭 변조(PWM) 비교기(도시 생략)에 사인곡선형 반전 입력을 제공하도록 디바이스(U1) 내의 승산기에 제공될 수 있고, 비반전 PWM 비교기 입력은 입력(CS)으로부터 유도된다. 그러나, 도시된 실시예에서, 승산기 입력(MULT)은 회로(100) 내의 가변 전압 또는 도 1에 VX로서 지시된 고정 기준 전압에 접속된다. 가변 전압은 예를 들어 LED 어레이의 디밍(dimming)을 필요로 하는 용례에서 사용될 수 있다.
디바이스(U1)는 제로 전류 검출 입력(ZCD)에 따라 선택적으로 인에이블링되고 디스에이블링되는 PWM 비교기 출력에 기초하여 게이트 구동 출력(GD)을 제공하는 PWM 드라이버 회로를 포함한다. MOSFET(Q1)에 흐르는 전류는 저항(RS)을 통해 감지되고, 최종 전압이 CS 핀에 인가되어 승산기에 의해 생성된 내부 사인곡선형 기준과 비교되어, MOSFET의 턴오프를 결정한다. 실제로, 게이트 구동 출력(GD)은 천이 모드 동작을 위한 ZCD 입력 신호 상태에 따라 선택적으로 디스에이블링되고, 여기서 하강 에지(negative-going edge)가 MOSFET의 턴온을 트리거한다. 이는 유리하게는 1차 권선(L1)을 통한 전류가 제로일 때 스위치(Q1)가 턴온되도록 선택적 제로 전류 검출 회로(130)로의 접속을 허용한다. 접지 핀(GND)은 U1의 신호부 및 게이트 드라이버 회로를 위한 전류 복귀 경로를 제공한다.
PWM 회로(120)는 반전 및 비반전 입력 및 출력을 갖는 에러 증폭기(EA)를 추가로 포함한다. 도시된 예에서, 비반전(+) 입력은 회로 접지(GND)에 접속되지만, 이 입력이 비제로 기준 전압에 접속되는 다른 실시예가 가능하다. 에러 증폭기(EA)는 디머 제어 회로(도시 생략)와 같은 설정점 소스 전압(VSP)에 회로(100) 내에서의 접속을 위해 단자(150a)에 연결된 반전 에러 입력(-)을 갖고, 또는 이는 고정점 설정점 기준에 연결될 수 있다. 증폭기(EA)는 PWM 제어 신호(INV)에 신호를 제공하도록 연결된 출력을 또한 포함한다. 디밍 동작은 설정점 입력(VSP)을 에러 증폭기(EA)에 조정함으로써 이 실시예에서 구현될 수 있고, 이 경우에 피드백 제어가 유지된다. 대안적으로, 디밍은 MULT 입력 전압(VX)을 조정함으로써 행해질 수 있고, 여기서 이 후자의 접근법에서 에러 증폭기(EA)는 제어 루프를 효과적으로 개방하도록 그 최저 레벨로 포화된다.
변압기(T1)의 2차 권선(L2)으로부터 전기적으로 격리되고 감지 전압 입력(114)(VS)과 함께 구동 출력(GD)으로부터 게이트 구동 신호(112)를 수신하는 상태 추정기 회로(110)가 제공된다. 추정기(110)는 L2를 통해 흐르는 추정된 2차 전류를 표현하는 피드백 신호 출력(116)을 제공한다. 감지 신호(VS)는 충전 저항(R1)을 통해 캐패시턴스(C1)의 제 1 단자에 신호(114)로서 제공된다. C1의 제 2 단자는 제 2 저항(R2)을 통해 에러 증폭기(EA)의 반전 에러 입력(-)과 연결된다. 제 2 스위칭 디바이스(Q2)가 C1의 제 2 단자와 회로 접지(GND) 사이에 연결된다. 도 1에 도시된 일 실시예에서, 제 2 스위칭 디바이스(Q2)는 캐패시턴스(C1)의 제 2 단자와 연결된 소스(S), 회로 접지(GND)와 연결된 드레인(D) 및 게이트(G)와 드레인(D) 사이에 연결된 저항(R3)과 함께 캐패시터(C2)를 통해 펄스폭 변조 제어기(U1)의 구동 출력(GD)과 용량 연결된 게이트(G)를 갖는 n-채널 MOSFET이다. 이하의 도 3은 제 2 스위치(Q2)가 게이트(G)를 구동하는 인버터(U2)를 갖는 p-채널 MOSFET인 대안 실시예를 도시한다.
도 2 내지 도 5를 또한 참조하면, 동작시에, 제 2 스위치(Q2)는 Q1이 1차 권선(L1) 내에 전류를 흐르게 할 때 캐패시턴스(C1)가 감지 전압(VS)에 기초하여 충전되게 하도록 회로 접지(GND)와 캐패시턴스(C1)의 제 2 단자를 선택적으로 연결하기 위해 구동 출력(GD)에 따라 동작한다. 도 2는 게이트 구동 출력(GD)의 예시적인 사이클 중에 전압(VS)을 도시하는 그래프(200)를 도시하고, 여기서 출력은 변조 사이클 기간(TPWM)의 제 1 부분 동안 스위치 온되고 기간의 나머지 동안 오프된다. 활성화될 때, Q1은 도전성 또는 "온"되어, 도 2의 감지 전압(VS) 파형(202)에서 보여지는 바와 같이 1차 권선 전류가 흐르기 시작하게 한다. 스위치(Q1)가 "오프"로 차단될 때(도 2의 시간 t1), 1차 전류는 다음의 턴온 스위칭까지 중지된다(도면의 시간 t2에). 도 3의 그래프(210)에 도시된 바와 같이, 구동 출력 신호(112)는 Q2의 제 2 트랜지스터 게이트에 용량 연결되기 때문에, Q2의 게이트-드레인 전압(VGD)(212)은 구동 출력이 활성화될 때(Q1이 "온"인 동안) 포지티브 값(예를 들어, 도시된 바와 같이 비교적 긴 듀티 사이클 동안 일 예에서 +12 볼트)이고, 따라서 제 2 스위치(Q2)가 도통되게 하고, 이에 의해 캐패시터(C1)의 제 2 단자를 접지한다. 도 3의 그래프(220)는 시간 간격 0<t<t1에 걸쳐 감지된 전압(VS)의 평균값인 추정기 캐패시턴스(C1)를 가로지르는 전압(VC1)(222)을 도시한다.
구동 출력이 제 2 상태로 천이할 때(예를 들어, Q1이 시간 t1에 턴"오프"될 때), Q2의 게이트-드레인 전압(212)은 약간 네거티브(예를 들어, 일 구현예에서 약 -3 볼트)로 진행한다. 이 제 2 모드에서, Q2는 "오프"(높은 소스-드레인 임피던스)이고, Q2는 접지(GND)로부터 C1의 제 2 단자를 효과적으로 분리한다. C1은 도 1에 도시된 극성 방향으로 충전되기 때문에, C1 캐패시터 전압은 저항(R2)을 가로질러 나타나고(반전됨) Q1이 1차 권선(L1) 내의 전류 흐름을 방지하는 동안 에러 증폭기(EA)의 에러 입력(-)에 신호로서 인가된다. 저항(R2)을 가로지르는 전압은 시간 t1과 시간 t2 사이에 네거티브인 파형(232)(VR2)으로서 도 5의 그래프(230)에 도시된다. 특정 실시예에서, 캐패시터(C1) 및 충전 저항(R1)에 대한 값들은 일정한 대응 RC 시간이 PWM 기간(TPWM)에 대해 캐패시턴스(C1)의 매우 신속한 충전을 허용하도록 설정된다.
도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 파형(232)은 설정점 입력(VSP)과 합산된 에러 증폭기 반전(-) 입력에 피드백 신호를 제공하여, 에러 증폭기 출력이 2차측 출력 전류에 PWM 회로의 폐루프 동작을 위한 대응 에러 신호를 제공하게 된다. 이와 관련하여, 추정기 회로(110)로부터 에러 증폭기(EA)로 제공된 피드백 신호(116)는 2차 권선(L2) 내에 흐르는 플라이백 전류에 비례한다. 따라서, 신호(116)는 대표 추정치이고, 추정기 회로(110)는 2차로부터 전기적으로 격리된다(예를 들어, 직접 감지 없음, 감지 변압기 없음, 광학 커플러 없음 등). 더욱이, 직접 감지 저항 없음은 2차 회로 자체에 필요하고, 이에 의해 2차 전류 추정은 드라이버 회로(100)의 출력 효율에 악영향을 미치지 않고 폐루프 출력 조절을 허용한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 더욱이, 특정 실시예의 회로(100)는 천이 모드 PWM 제어기(U1)와 연결된 제로 교차 검출 회로(130)를 또한 포함할 수 있다. 제로 교차 검출 회로(130)는 변압기(T1)의 코어 상에 권취되고 따라서 1차 권선(L1)과 자기적으로 연결되는 감지 권선(L3, L4)을 포함하고, 회로는 캐패시터(C4)를 갖는 중심 노드 접속 권선(L3, L4)을 추가로 포함한다. C4의 하부 단자는 다이오드(D1)를 통해 VCC에 연결되고 다이오드(D2)를 통해 접지되고, 바이패스 캐패시터(C5)는 VCC로부터 접지(GND)에 접속된다. 제로 교차 회로(130)는 감지 권선(L3, L4)을 사용하여 1차 권선(L1)의 제로 교차 상태를 감지하고, 1차 권선(L1)의 감지된 제로 교차 상태를 지시하는 PWM 제어기(U1)의 제로 교차 검출 입력(ZCD)에 저항(R6)을 경유하여 신호를 선택적으로 제공한다.
도 6은 본 발명에 따라 p-채널 MOSFET 스위치(Q2) 및 인버터를 사용하여 추정기 회로(110)를 갖는 다른 드라이버 회로 실시예를 도시하는 개략도이다. 이 실시예에서, 제 2 스위칭 디바이스(Q2)는 게이트(G), 캐패시턴스(C1)의 제 2 단자와 연결된 드레인(D) 및 접지(GND)에 연결된 소스(S)를 갖고, 추정기 회로(110)는 PWM 제어기(U1)로부터 구동 출력(GD)을 수신하도록 연결된 입력 및 제 2 스위칭 디바이스(Q2)의 게이트(G)와 연결된 출력을 갖는 인버터(U2)를 포함한다. 다른 관점에서, 이 실시예는 도 1 내지 도 5와 관련하여 전술된 바와 같이 추정 기능성을 제공한다.
도 1 및 도 3의 예에 도시된 바와 같이, 펄스폭 변조 회로(120) 및 추정기 회로(110)는 주문형 집적 회로(ASIC)(150)로서 구현될 수 있다. ASIC(150)은 펄스폭 변조된 전력 컨버터 회로(100)를 동작하기 위해 도시된 드라이버(100)에 또는 다른 용례에 사용될 수 있다. ASIC(150)은 설정점 단자(150a), 승산기 입력 단자(150b), ZCD 신호 입력 단자(150c), 전력(VCC) 단자(150d), 뿐만 아니라 구동 출력 단자(150e), 비교기 입력 단자(150f) 및 회로 접지 단자(150g)를 포함하는 외부 액세스 가능 전기 단자를 포함한다. 디바이스(150)는 PWM 제어 입력(INV), 비교기 입력 단자(150f)와 연결된 비교기 입력(CS) 및 적어도 부분적으로 PWM 제어 입력(INV)에 따라 구동 출력 단자(150e)에 펄스폭 변조된 제어 신호를 제공하는 구동 출력(GD)을 갖는 PWM 제어기(U1)를 포함한다. 게다가, ASIC(150)은 설정점 입력 단자(150a)와 연결된 에러 입력(-)과, 펄스폭 변조 제어기(U1)의 PWM 제어 입력(INV)에 신호를 제공하도록 연결된 출력을 포함하는 에러 증폭기(EA)를 갖는다. ASIC(150)은 캐패시턴스(C1) 및 스위치(Q2)를 갖는 추정기 회로(110)를 또한 포함하고, 여기서 캐패시턴스(C1)는 비교기 입력(CS)과 연결된 제 1 단자 및 에러 입력(-)과 연결된 제 2 단자를 갖는다. 스위치(Q2)는 제 2 캐패시터 단자와 접지 사이에 접속되고, 구동 출력(GD)에 따라 전술된 바와 같이 동작하여 선택적으로 캐패시터(C1)가 제 1 모드에서(C1이 접지된 상태로) 충전되게 하고 이어서 Q2가 오프일 때 에러 증폭기(EA)에 피드백 추정 신호(116)를 제공하게 한다.
상기 예들은 단지 본 발명의 다양한 양태의 다수의 가능한 실시예의 예시일 뿐이고, 등가의 변경 및/또는 수정이 본 명세서 및 첨부 도면을 숙독하고 이해할 때 당 기술 분야의 숙련자들에게 발생할 수 있을 것이다. 특히, 전술된 구성 요소(조립체, 디바이스, 시스템, 회로 등)에 의해 수행된 다양한 기능과 관련하여, 이러한 구성 요소를 설명하는데 사용된 용어("수단"의 참조를 포함함)는 달리 지시되지 않으면, 본 발명의 예시된 구현예에서 기능을 수행하는 개시된 구조에 구조적으로 등가인 것은 아니더라도, 설명된 구성 요소의 지정된 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 등가인) 하드웨어, 프로세서 실행 소프트웨어 또는 이들의 조합과 같은 임의의 구성 요소에 대응하는 것으로 의도된다. 본 발명의 특정 특징이 다수의 구현예 중 단지 하나에 대해 도시되고 그리고/또는 설명될 수 있지만, 이러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 용례에 대해 요구되고 유리할 수 있는 바와 같이 다른 구현예의 하나 이상의 다른 특징과 조합될 수 있다. 더욱이, 달리 지시되지 않으면, 단수 형태 구성 요소 또는 아이템에 대한 참조는 2개 이상의 이러한 구성 요소 또는 아이템을 포함하도록 의도된다. 또한, 용어 "구비하는", "구비한다", "갖는", "갖는다", "가지는" 또는 이들의 변형이 상세한 설명 및/또는 청구범위에 사용되는 정도로, 이러한 용어는 용어 "포함하는"과 유사한 방식으로 포함적인 것으로 의도된다. 본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었다. 명백하게, 수정 및 변경이 이전의 상세한 설명을 숙독하고 이해할 때 다른 사람들에게 발생할 수 있을 것이다. 본 발명은 모든 이러한 수정 및 변경을 포함하는 것으로서 해석되도록 의도된다.
100: LED 드라이버 회로 102: 입력 소스
104: 정류기 106: DC-DC 컨버터
110: 상태 추정기 회로 112: 게이트 구동 신호
Q1: 제 1 스위칭 디바이스 L1: 1차 권선
D: 드레인 S: 소스

Claims (19)

  1. 적어도 하나의 광원(108)에 전력을 공급하기 위한 회로에 있어서,
    광원(108)에 전력을 제공하도록 연결된 1차 권선(L1) 및 2차 권선(L2)을 포함하는 변압기(T1)와,
    상기 1차 권선(L1)과 연결된 제 1 단자 및 회로 접지(GND)와 연결된 제 2 단자를 갖는 감지 저항(Rs)과,
    상기 1차 권선(L1)과 연결된 제 1 전원 단자(D)와, 상기 감지 저항(Rs)과 연결된 제 2 전원 단자(S)와, 제 1 제어 입력 단자(G)를 포함하고, 상기 1차 권선(L1)에 전류가 흐를 수 있게 하기 위해 상기 제 1 전원 단자(D) 및 상기 제 2 전원 단자(S)를 선택적으로 전기적으로 연결하도록 상기 제 1 제어 입력 단자(G)에서의 제어 신호에 따라 동작하는 제 1 스위칭 디바이스(Q1)와,
    펄스폭 변조 회로(120)와,
    상기 변압기(T1)의 2차 권선(L2)으로부터 전기적으로 격리된 추정기 회로(110)를 포함하되,
    상기 펄스폭 변조 회로(120)는,
    PWM 제어 입력(INV)과, 감지 전압(Vs)을 수신하기 위해 상기 감지 저항(Rs)의 제 1 단자와 연결된 비교기 입력(CS)과, 적어도 부분적으로 상기 PWM 제어 입력(INV)에 따라 상기 제 1 스위칭 디바이스(Q1)의 제 1 제어 입력 단자(D)에 펄스폭 변조된 제어 신호를 제공하는 구동 출력(GD)을 포함하는 펄스폭 변조 제어기(U1)와,
    에러 입력 및 상기 펄스폭 변조 제어기의 PWM 제어 입력에 신호를 제공하도록 연결된 출력을 포함하는 에러 증폭기(EA)를 포함하고,
    상기 추정기 회로(110)는,
    상기 펄스폭 변조 제어기(U1)의 비교기 입력(CS)과 연결된 제 1 단자 및 상기 에러 증폭기(EA)의 에러 입력과 연결된 제 2 단자를 갖는 제1 캐패시턴스(C1)와,
    상기 제1 캐패시턴스(C1)의 제 2 단자와 연결된 제 1 전원 단자(S)와, 상기 회로 접지(GND)와 연결된 제 2 전원 단자(D)와, 상기 펄스폭 변조 제어기(U1)의 구동 출력(GD)과 연결된 제 2 제어 입력 단자(E)를 포함하는 제 2 스위칭 디바이스(Q2) - 상기 제 2 스위칭 디바이스(Q2)는, 상기 제 1 스위칭 디바이스(Q1)가 전류를 상기 1차 권선(L1) 내에 흐르게 할 때 상기 제1 캐패시턴스(C1)가 상기 감지 전압(Vs)에 기초하여 충전되게 하기 위하여 상기 제1 캐패시턴스(C1)의 제 2 단자를 상기 회로 접지(GND)와 선택적으로 연결하고, 상기 제 1 스위칭 디바이스(Q1)가 상기 1차 권선(L1) 내의 전류 흐름을 방지할 때 상기 제1 캐패시턴스(C1)가 상기 에러 증폭기(EA)의 에러 입력에 신호를 제공하게 하기 위하여 상기 회로 접지(GND)로부터 상기 제1 캐패시턴스(C1)의 제 2 단자를 분리하도록 상기 펄스폭 변조 제어기(U1)의 구동 출력(GD)에 따라 동작함 - 와,
    상기 펄스폭 변조 제어기(U1)의 상기 구동 출력(GD)에 결합된 제1 단자와 상기 제2 스위칭 디바이스(Q2)의 게이트(G)에 결합된 제2 단자를 가지는 제2 캐패시턴스(C2)를 포함하는
    적어도 하나의 광원에 전력을 공급하기 위한 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스폭 변조 제어기(U1)는 천이 모드 PWM 제어기인
    적어도 하나의 광원에 전력을 공급하기 위한 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 스위칭 디바이스(Q2)는 상기 캐패시턴스(C1)의 제 2 단자와 연결된 소스(S)와, 상기 회로 접지(GND)와 연결된 드레인(D)과, 상기 펄스폭 변조 제어기(U1)의 구동 출력(GD)과 연결된 게이트(G)를 갖는 n-채널 MOSFET인
    적어도 하나의 광원에 전력을 공급하기 위한 회로.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 스위칭 디바이스(Q2)는 게이트(G)와, 상기 캐패시턴스(C1)의 제 2 단자와 연결된 드레인(D)과, 상기 회로 접지(GND)와 연결된 소스(S)를 갖는 p-채널 MOSFET이고, 상기 추정기 회로(110)는 상기 펄스폭 변조 제어기(U1)의 구동 출력과 연결된 입력(GD)과, 상기 제 2 스위칭 디바이스(Q2)의 게이트(G)와 연결된 출력을 갖는 인버터(U2)를 포함하는
    적어도 하나의 광원에 전력을 공급하기 위한 회로.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 펄스폭 변조 회로(120) 및 상기 추정기 회로(110)를 포함하는 주문형 집적 회로(an application specific integrated circuit)를 포함하는
    적어도 하나의 광원에 전력을 공급하기 위한 회로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 천이 모드 PWM 제어기(U1)는 제로 교차 검출 입력을 포함하고, 상기 적어도 하나의 광원에 전력을 공급하기 위한 회로는 상기 천이 모드 PWM 제어기(U1)와 연결된 제로 교차 검출 회로(130)를 더 포함하고, 상기 제로 교차 검출 회로(130)는 상기 1차 권선(L1)과 자기적으로 연결된 적어도 하나의 감지 권선(L3, L4)을 포함하고, 상기 제로 교차 회로(130)는 상기 적어도 하나의 감지 권선(L3, L4)을 사용하여 상기 1차 권선(L1)의 제로 교차 상태를 감지하고 상기 1차 권선의 감지된 제로 교차 상태를 나타내는 신호를 상기 제로 교차 검출 입력에 선택적으로 제공하도록 동작하는
    적어도 하나의 광원에 전력을 공급하기 위한 회로.
  7. 청구항 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 회로의 펄스폭 변조 회로(120)를 동작하기 위한 주문형 집적 회로(150)에 있어서,
    설정점 입력 단자(150a)와,
    구동 출력 단자(150e)와,
    비교기 입력 단자(150f)와,
    회로 접지 단자(150g)와,
    청구항 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 회로의 상기 펄스폭 변조 회로(120) 및 상기 추정기 회로(110)를 포함하는
    주문형 집적 회로.
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