KR20060051631A - 발광 다이오드 구동용 반도체 회로, 및 그것을 구비한 발광다이오드 구동 장치 - Google Patents

발광 다이오드 구동용 반도체 회로, 및 그것을 구비한 발광다이오드 구동 장치 Download PDF

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KR20060051631A
KR20060051631A KR1020050089086A KR20050089086A KR20060051631A KR 20060051631 A KR20060051631 A KR 20060051631A KR 1020050089086 A KR1020050089086 A KR 1020050089086A KR 20050089086 A KR20050089086 A KR 20050089086A KR 20060051631 A KR20060051631 A KR 20060051631A
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voltage
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요시아키 하치야
류타로 아라카와
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

본 발명의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 발광 다이오드와 접속된 제1입력 단자와, 제1FET와 제1스위칭 소자로 구성된 스위칭 소자 블록과, 제1FET의 타단과 접속되어서 기준 전압을 출력하는 기준 전압 단자와, 기준 전압이 소정치 이상이면 기동 신호를 출력하고, 기준 전압이 소정치보다도 작으면 정지 신호를 출력하는 기동/정지 회로와, 제1스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 회로와, 발광 다이오드에 흐르는 전류가 일정하게 되도록, 기동/정지 회로의 출력 신호와 전류 검출 회로의 출력 신호에 따라서, 제1스위칭 소자를 소정의 발진 주파수에서 단속적으로 온/오프 제어하는 제어 회로를 구비하고 있다.

Description

발광 다이오드 구동용 반도체 회로, 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치{LED DRIVING SEMICONDUCTOR CIRCUIT AND LED DRIVING APPARATUS INCLUDING THE SAME}
도 1은 본 발명의 실시형태 1의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 2는 본 발명의 실시형태 1의 발광 다이오드 구동 장치의 전압 및 전류의 파형도.
도 3은 본 발명의 실시형태 1의 전압 VD와 전압 VJ와의 관계를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 발광 다이오드 블록에 역전압 파괴 방지 회로를 추가한 도면.
도 5는 본 발명의 실시형태 2의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 6은 본 발명의 실시형태 2의 발광 다이오드 구동 장치의 전압 및 전류의 파형도.
도 7은 본 발명의 실시형태 3의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 8은 본 발명의 실시형태 3의 클램프 회로의 구체예를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 실시형태 4의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 10은 본 발명의 실시형태 5의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 11은 본 발명의 실시형태 6의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 12는 본 발명의 실시형태 7의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 13은 본 발명의 실시형태 8의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 14는 본 발명의 실시형태 9의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 15는 본 발명의 실시형태 9의 전압 VD와 전압 VJ와의 관계도.
도 16은 본 발명의 실시형태 10의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 17은 본 발명의 실시형태 11의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 18은 본 발명의 실시형태 12의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 19는 본 발명의 실시형태 13의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 20은 본 발명의 실시형태 14의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 21은 본 발명의 실시형태 15의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도 22는 본 발명의 실시형태 16의 발광 다이오드 구동 장치의 회로도.
도면의 일부 또는 전부는, 도시를 목적으로 한 개요적 표현으로 도시되어 있고, 거기에 도시된 요소의 실제의 상대적 크기나 위치를 반드시 충실하게 묘사하고 있다고는 할 수 없는 것을 고려하기 바란다.
(도면의 주요부분의 부호의 설명)
1: AC 전원 2: 정류 회로
3: 평활 콘덴서 4: 초크(choke) 코일
5: 다이오드 6: 발광 다이오드 블록
7: 드레인(drain) 단자 8, 1108, 1731: 접합형 FET
9, 1024: 스위칭 소자 10: 접지/소스(GND/SOURCE) 단자
11: 콘덴서 12: 조정기(regulator)
13, 1935, 2127: 비교기 14: VCC 단자
15, 19: AND 회로
16: 온-타임(ON-time) 블랭킹 펄스 발생기
17, 2126: 발진기 18: RS 플립플롭 회로
20, 2128: OR 회로
101: 발광 다이오드 구동용 반도체 회로
111: 스위칭 소자 블록 112: 제어 회로
113: 드레인 전류 검출 회로 114: 기동/정지 회로
401, 402: 역전압 파괴 방지 회로 521: 외부 단자 SN
722: 클램프 회로 822: 제너 다이오드
923: 과열 보호 회로 1025, 1430, 1630, 1933, 1944: 저항
1229: 입력 전압 검출 회로 1301, 1401: IN 단자
1732: 절환 스위치 1936: INH 단자
본 발명은, 발광 다이오드 구동용 반도체 회로, 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 발광 다이오드 조명 장치에 관한 것이다.
최근, 발광 다이오드(LED)를 구동하기 위한 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치가, 개발되어 실용화되어 있다. 특개2001-313423호 공보(특허문헌 1)에, 제1종래예의 발광 다이오드 구동 장치가 개시되어 있다.
제1종래예의 발광 다이오드 구동 장치에 있어서, 승압 초퍼(chopper) BUT는, 인덕터 L, 인덕터 L과 직렬로 접속된 다이오드 D(다이오드 D는, 발광 다이오드 LED로서 겸용 가능하다), 및 인덕터 L과 다이오드 D의 애노드와의 접속점에 일단이 접속된 스위칭 소자 Q를 구비하고 있다(이하의 종래예의 설명에서 기호는 특허문헌 1의 도면에서의 기호이다).
다이오드 D의 캐소드에는 발광 다이오드 LED의 애노드가 접속되어 있다. 발광 다이오드 LED는 승압 초퍼 BUT의 직류 출력에 의해서 구동된다.
발광 다이오드 LED의 캐소드에는, 발광 다이오드 전류 귀환 회로 LFC가 접속되어 있다. 제1종래예의 발광 다이오드 구동 장치는, 발광 다이오드 전류 귀환 회로 LFC의 검출 신호에 따라서, 저주파 교류의 주기보다 긴 시간 영역에서 본 경우에 발광 다이오드 전류를 평균화시키도록, 승압 초퍼 BUT의 제어 회로 CC를 제어한다.
스위칭 소자 Q의 온(on) 제어는, 인덕터 L이 에너지를 방출했을 때에 실행한다. 스위칭 소자 Q의 오프(off) 제어는, 스위칭 전류치에 따라서 실행하거나, 또는 온(on) 후에 소정 시간이 경과했을 때에 실행한다.
스위칭 소자 Q의 타단에는 스위칭 전류 검출 회로 SD가 설치되어 있다. 발광 다이오드 LED와 접지(接地) 전위와의 사이에는, 인덕터 전류 검출 회로 LD2316이 설치되어 있다.
상기의 회로 구성에 의해서, 발광 다이오드 전류의 안정도가 우수한 동시에, 전력 손실 및 입력 전류 찌그러짐이 적고, 비교적 저렴한 발광 다이오드 구동 장치를 제공하고 있다. 그러나, 제1종래예의 발광 다이오드 구동 장치에는, 이하의 문제가 있다.
(1) 승압 초퍼 BUT이므로, 스위칭 소자가 오프인 동안, 발광 다이오드 LED에 전류가 흐르지 않는다. 그 때문에, 발광 휘도에 플리커(flicker)가 발생한다.
(2) 스위칭 소자 Q, 및 발광 다이오드 LED에 흐르는 전류의 검출에 저항 SD, 저항 LD를 사용하고 있으므로, 저항 SD, LD에 의한 전력 손실이 크다. 특히, LED 조명 장치에 있어서는, LED의 발광 휘도를 향상시키기 위하여, LED에 흘리는 전류를 증대시킬 필요가 있다. 이 경우, 종래예에 나타내는 바와 같은 저항 SD, LD에 의한 직접적인 전류 검출 방법에서는, 전력 손실이 증대한다.
(3) 저항을 사용하여 입력 전압을 검출하므로, 발광 다이오드 구동 장치가 동작하고 있는 동안, 이 입력 전압 검출용 저항에 의해서 항상 전력 손실이 발생한다.
(4) 회로 부품 점수가 많아져서, 발광 다이오드 구동 장치의 소형화에 대하여 지장이 된다. 특히, 전구형 LED 조명에 있어서는 적합하지 않다.
본 발명은, 상기 문제를 감안하여, 간편한 구성으로써, 전력 손실이 작은 발광 다이오드 구동용 반도체 회로, 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 입력 전압의 변동에 대하여 발광 다이오드에 흐르는 전류를 정밀도 좋게 제어할 수 있는 발광 다이오드 구동용 반도체 장치, 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기의 구성으로 되어 있다.
본 발명의 1개의 관점에 의한 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 전압원으로부터 전원 전압이 인가되는 초크 코일과, 상기 초크 코일과 직렬로 접속된 1개 이상의 발광 다이오드와, 일단이 상기 초크 코일에 접속되고, 타단이 상기 발광 다이오드에 접속되어서, 상기 초크 코일에 발생하는 역기전력을 상기 발광 다이오드에 공급하는 다이오드를 구비한 발광 다이오드 블록을 제어하기 위한 발광 다이오드 구동용 반도체 회로로서, 상기 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 상기 발광 다이오드와 접속된 제1입력 단자와, 상기 제1입력 단자 또는 상기 전압원에 일단이 접속된 제1FET와, 상기 제1입력 단자와 접지 전위와의 사이에 접속된 제1스위칭 소자로 구성되는 스위칭 소자 블록과, 상기 제1FET의 타단과 접속되어서, 기준 전압을 출력하는 기준 전압 단자와, 상기 기준 전압이 소정치 이상이면 기동 신호를 출력하고, 상기 기준 전압이 상기 소정치보다도 작으면 정지 신호를 출력하는 기동/정지 회로와, 상기 제1입력 단자로부터 상기 제1스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출 하는 전류 검출 회로와, 상기 발광 다이오드에 흐르는 전류가 일정하게 되도록, 상기 기동/정지 회로의 출력 신호와 상기 전류 검출 회로의 출력 신호에 따라서, 상기 제1스위칭 소자를 소정의 발진 주파수에서 단속적으로 온/오프 제어하는 제어 회로를 포함하고 있다.
이상과 같이 구성함으로써, 제1스위칭 소자가 온 상태로 있을 때는, 초크 코일→발광 다이오드→제1스위칭 소자의 방향으로 전류가 흐른다. 제1스위칭 소자가 오프 상태에 있을 때는, 초크 코일과 발광 다이오드와 다이오드로 구성되는 회로 루프를, 초크 코일→발광 다이오드→다이오드의 방향으로 전류가 흐른다. 이 발명은, 강압 초퍼와 같은 동작을 한다.
이 발명에 의하면, 전력 변환 효율이 높은 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 실현할 수 있다. 이 발명에 의하면, 부품 점수가 적고 소형인 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 실현할 수 있다. 이 발명에 의하면, 입력 전압이 변동해도 발광 다이오드에 흐르는 전류를 정전류(定電流)로 제어하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 실현할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의한 상기의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로에 있어서, 상기 스위칭 소자 블록은, 상기 제1입력 단자와 접지 전위와의 사이에, 상기 제1FET와 상기 제1스위칭 소자를 직렬로 접속하여 구성된다.
이 발명은, 제1FET와 제1스위칭 소자를 공통의 패키지로 구성하는 경우에 적합하다. 이 발명에 의하면, 스위칭 소자 블록으로부터 제어 회로에의 전력 공급이 가능하게 되므로, 기동 저항 등에 의한 전력 손실이 적어져서, 전력 변환 효율이 높은 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 실현할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의한 상기의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로에 있어서, 상기 스위칭 소자 블록은, 상기 제1입력 단자와 상기 기준 전압 단자와의 사이에 접속된 상기 제1FET와, 상기 제1입력 단자와 접지 전위와의 사이에 접속된 상기 제1스위칭 소자로 구성된다.
이 발명은, 제1FET와 제1스위칭 소자를 별개의 패키지로 구성하는 경우에 적합하다. 이 발명에 의하면, 스위칭 소자 블록으로부터 제어 회로에의 전력 공급이 가능하게 되므로, 기동 저항 등에 의한 전력 손실이 적어져서, 전력 변환 효율이 높은 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 실현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 상기의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 상기 전압원의 전원 전압을 입력하는 제2입력 단자를 추가로 구비하고, 상기 스위칭 소자 블록은, 상기 제2입력 단자와 상기 기준 전압 단자와의 사이에 접속된 상기 제1FET와, 상기 제1입력 단자와 접지 전위와의 사이에 접속된 상기 제1스위칭 소자로 구성된다.
제1FET에 의한 핀치오프(pinch-off) 효과에 의해서, 제1FET의 고전위측에 인가되는 고전압이, 제1FET의 저전위측에서는 낮은 전압에서 핀치오프된다. 이 발명에 의하면, 스위칭 소자 블록으로부터 제어 회로에의 전력 공급이 가능하게 되므로, 기동 저항 등에 의한 전력 손실이 적어져서, 전력 변환 효율이 높은 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 실현할 수 있다. 이 발명에 의하면, 제1스위칭 소자의 동작이 정지되어 있는 동안(오프 상태인 채로), 발광 다이오드가 미약한 발광을 실 행하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 상기의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 상기 제1FET와 상기 기준 전압 단자와의 사이에 조정기(regulator)를 구비하고 있다.
이 발명에 의하면, 제어 회로 동작중의 기준 전압을 일정하게 유지할 수 있으므로, 제1스위칭 소자의 제어를 안정적으로 실현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 상기의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로에 있어서, 상기 전류 검출 회로는, 상기 제1스위칭 소자의 온(on) 전압을 검출함으로써, 상기 제1스위칭 소자의 전류를 검출한다.
이 발명은, 제1스위칭 소자의 온 전압을 검출함으로써, 전력 손실을 감소시킨 스위칭 소자의 전류 검출, 즉, 발광 다이오드에 흐르는 전류 피크 값의 검출을 실현할 수 있다. 이 발명에 의하면, 전력 변환 효율이 높은 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 실현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 상기의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 상기 제1스위칭 소자에 흐르는 전류에 대하여 일정한 작은 전류비를 갖는 제2스위칭 소자와, 상기 제2스위칭 소자와 직렬로 접속된 저항을 상기 제1스위칭 소자와 병렬로, 상기 제1입력 단자와 접지 전위와의 사이에 접속하고, 상기 전류 검출 회로는, 상기 저항의 양단의 전압을 검출함으로써, 상기 제1스위칭 소자의 전류를 검출한다.
이 발명은, 제1스위칭 소자가 오프 상태로부터 온 상태로 이행할 때에도, 제 1스위칭 소자에 흐르는 전류를 정확하게 검출할 수 있다. 이 발명은, 저항으로써 직접 대전류를 검출하지 않으므로, 전력 손실을 감소시킨 스위칭 소자의 전류 검출, 즉, 발광 다이오드에 흐르는 전류 피크 값의 검출을 실현할 수 있다. 이 발명에 의하면, 전력 변환 효율이 높은 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 실현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 상기의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 검출 기준 전압을 입력하는 제3입력 단자를 추가로 구비하고, 상기 제어 회로는, 외부로부터 상기 제3입력 단자에 입력되는 상기 검출 기준 전압에 따라서, 상기 제1스위칭 소자의 온 기간을 변경함으로써, 상기 발광 다이오드의 발광 휘도를 조정하는 것을 특징으로 한다.
이 발명은, 조광(調光) 기능을 구비한 전력 변환 효율이 높은 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 실현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 상기의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 상기 제1FET의 저전위측에 접속된 입력 전압 검출 회로를 추가로 구비하고, 상기 제어 회로는, 상기 입력 전압 검출 회로의 검출 전압이 소정치 이상에서만, 상기 제1스위칭 소자를 단속적으로 온/오프 제어하는 것을 특징으로 한다.
이 발명에 의하면, 제어 회로의 온/오프 제어의 기동 개시 전압의 변동을 감소시킬 수 있다. 이 발명은, 저항에 의한 직접적인 입력 전압의 검출이 아니므로, 전력 변환 효율이 높은 입력 전압 검출 기능을 구비한 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 실현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 상기의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로에 있어서, 상기 전원 전압 또는 상기 발광 다이오드의 출력 전압을 저항을 통하여 입력하는 제4입력 단자를 추가로 구비하고, 상기 제1FET의 고전위측을 상기 제4입력 단자와 접속하고, 상기 저항으로써, 상기 제1FET의 저전위측에 접속된 상기 입력 전압 검출 회로의 검출 전압을 조정하는 것을 특징으로 한다.
이 발명에 의하면, 저항으로써, 스위칭 소자 블록의 제1FET에 있어서의 고전위측의 전압에 대한 저전위측의 전압의 핀치오프 전압을 조정할 수 있다. 이 발명에 의하면, 간단히 입력 전압 검출치를 조정할 수 있는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 실현할 수 있다. 이 발명에 의하면, 전력 변환 효율이 높은, 입력 전압 검출 기능을 구비한 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 실현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 상기의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 상기 발광 다이오드의 출력 전압을 입력하는 상기 제1입력 단자, 또는 상기 전원 전압을 입력하는 상기 제2입력 단자에 접속된 제2FET와, 스위치를 절환함으로써 일단이 상기 제1FET 또는 상기 제2FET의 어느 하나와 접속되고, 타단이 상기 조정기와 접속된 절환 스위치 회로를 추가로 구비하고, 상기 절환 스위치 회로는, 상기 입력 전압 검출 회로의 상기 검출 전압이 소정치보다도 작은 동안 상기 제1FET와 접속하고, 상기 검출 전압이 소정치 이상이 되면 상기 제2FET와 접속한다.
이 발명에 의하면, 검출 전압이 소정치에 도달한 후의 입력 전압 검출치 조정용의 저항에 의한 전력 손실을 감소시킬 수 있다. 이 발명에 의하면, 상기 발명보다도 전력 변환 효율이 높은, 입력 전압 검출 기능을 구비한 발광 다이오드 구동 용 반도체 회로를 실현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의한 상기의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 상기 제1스위칭 소자의 온도를 검출하는 과열 보호 회로를 추가로 구비하고, 상기 제어 회로는, 상기 과열 보호 회로가 검출하는 온도가 소정의 온도보다 높은 경우에, 상기 제1스위칭 소자를 오프(off)한다.
이 발명에 의하면, 발광 다이오드 구동용 반도체 회로의 추가적인 안전성 확보를 실현할 수 있다.
본 발명의 하나의 관점에 의한 발광 다이오드 구동 장치는, 전압원으로부터 전원 전압이 인가되는 초크 코일과, 상기 초크 코일과 직렬로 접속된 1개 이상의 발광 다이오드와, 일단이 상기 초크 코일에 접속되고, 타단이 상기 발광 다이오드에 접속되어서, 상기 초크 코일에 발생하는 역기전력을 상기 발광 다이오드에 공급하는 다이오드를, 포함하는 발광 다이오드 블록과, 상기 발광 다이오드 블록을 제어하는 상기의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 구비하고 있다.
이상과 같이 구성함으로써, 제1스위칭 소자가 온 상태에 있을 때는, 초크 코일→발광 다이오드→제1스위칭 소자의 방향으로 전류가 흐른다. 제1스위칭 소자가 오프 상태에 있을 때는, 초크 코일과 발광 다이오드와 다이오드로 구성되는 회로 루프를, 초크 코일→발광 다이오드→다이오드의 방향으로 전류가 흐른다. 이 발명은, 강압 초퍼와 같은 동작을 한다.
이 발명에 의하면, 전력 변환 효율이 높은 발광 다이오드 구동 장치를 실현할 수 있다. 이 발명에 의하면, 부품 점수가 적은 소형의 발광 다이오드 구동 장치 를 실현할 수 있다. 이 발명에 의하면, 입력 전압이 변동해도 발광 다이오드에 흐르는 전류를 정전류로 제어하는 발광 다이오드 구동 장치를 실현할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의한 상기의 발광 다이오드 구동 장치에 있어서, 상기 발광 다이오드 블록은, 상기 발광 다이오드에 역전압이 인가되는 것을 방지하는 역전압 파괴 방지 회로를 또한 구비하고 있다.
이 발명에 의하면, 발광 다이오드에 역전압이 인가된 경우에, 발광 다이오드가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의한 상기의 발광 다이오드 구동 장치에 있어서, 상기 다이오드의 역회복 시간은 100 nsec 이하이다.
이 발명에 의하면, 제1스위칭 소자가 오프 상태로부터 온 상태로 이행하는 과도 상태에 있어서, 다이오드에서의 전력 손실을 감소시킬 수 있다.
발명의 새로운 특징은 첨부한 청구 범위에 특히 기재한 것과 다르지 않지만, 구성 및 내용 모두에 대하여 본 발명은, 기타 목적이나 특징과 함께, 도면에 의한 이하의 상세한 설명으로부터, 더욱 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시하기 위한 최선의 형태를 구체적으로 나타낸 실시형태에 대하여, 이하에 도면을 이용하여 설명한다.
(실시형태 1)
도 1∼4를 이용하여, 본 발명의 실시형태 1의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태 1의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 1에 있어서, AC 전원(1)(전압원)은, 전원 전압을 출력한다. AC 전원(1)의 양단은, 정류 회로(2)의 한쪽의 양단에 접속되어 있다. 정류 회로(2)의 다른 쪽의 양단은, 전원 전압을 안정화시키기 위한 평활 콘덴서(3)에 접속되어 있다. AC 전원(1)이 출력하는 전원 전압은, 정류 회로(2)에 의해서 정류되고, 평활 콘덴서(3)에 의해서 평활되어서, 직류 전압 Vin이 된다.
본 발명의 실시형태 1의 발광 다이오드 구동 장치는, 발광 다이오드 블록[발광 다이오드 블록은, 초크 코일(4), 다이오드(5), 및 발광 다이오드(6)를 포함한다], 발광 다이오드 블록을 제어하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101), 및 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)에 접속된 콘덴서(11)를 구비하고 있다. 도 1에 나타내는 본 발명의 발광 다이오드 구동 장치는, 직류 전압 Vin을 입력 전압으로 하여 입력하고 있지만, AC 전원(1)에 대신하여, DC 전원의 출력 전압을 입력해도 좋다.
본 발명의 실시형태 1의 발광 다이오드 구동 장치에 있어서, 초크 코일(4)의 일단은 평활 콘덴서(3)의 고전위측에 접속되어서, 직류 전압 Vin이 인가된다. 초크 코일(4)의 타단은, 발광 다이오드(6)의 애노드 단자에 접속된다.
발광 다이오드(6)는 1개 또는 복수의 발광 다이오드가 직렬 접속된 발광 다이오드 군(群)이다. 발광 다이오드(6)는 초크 코일(4)과 직렬로 접속된다. 발광 다이오드(6)의 캐소드 단자는 다이오드(5)의 애노드 단자에 접속된다.
다이오드(5)의 캐소드 단자는 평활 콘덴서(3)의 고전위측과 초크 코일(4)의 접속점에 접속된다. 다이오드(5)는 초크 코일(4)과 발광 다이오드(6)에 병렬로 접 속되어서, 초크 코일(4)에 발생하는 역기전력을 발광 다이오드(6)에 공급한다.
발광 다이오드(6)의 캐소드 단자에 본 발명의 실시형태 1의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)의 드레인(drain) 단자(7)(제1입력 단자)가 접속된다. 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)는, 드레인 단자(7)로부터 발광 다이오드(6)의 출력 전압을 입력하고, 상기의 발광 다이오드 블록을 제어한다.
발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)는, 기준 전압 Vcc를 출력하는 VCC 단자(기준 전압 단자)(14)와, 접지 전위에 접속되는 접지(ground)/소스(source) 단자(10)를 구비하고, VCC 단자(14)와 접지/소스 단자(10)와의 사이에 콘덴서(11)가 접속되어 있다.
발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)는, 드레인 단자(7)와 접지/소스 단자(10)와의 사이에 스위칭 소자 블록(111)을 포함하고 있다. 스위칭 소자 블록(111)은 발광 다이오드(6)에 흐르는 전류를 제어한다.
스위칭 소자 블록(111)은 접합형 FET(8)(제1접합형 FET)와 스위칭 소자(9)(제1스위칭 소자)와의 직렬 접속으로 구성된다. 실시형태 1에 있어서, 스위칭 소자(9)는 N형 MOSFET이다.
스위칭 소자 블록(111)에 있어서, 접합형 FET(8)의 일단(고전위측)은 드레인 단자(7)에 접속되고, 타단(저전위측)은 스위칭 소자(9)의 일단에 접속된다. 스위칭 소자(9)의 타단은 접지/소스 단자(10)에 접속된다. 실시형태 1에 있어서, 접합형 FET(8)와 스위칭 소자(9)는 공통의 패키지에 들어 있다.
발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)는, 접합형 FET(8) 및 스위칭 소자 (9)의 접속점과, 스위칭 소자(9)의 제어 단자에 접속된, 스위칭 소자 블록(111)을 제어하기 위한 제어 회로(112)를 포함하고 있다. 제어 회로(112)의 단자(22)는 접지 전위와 접속된다.
접합형 FET(8)의 고전위측의 전압[드레인 단자(7)의 전압]을 VD, 저전위측의 전압을 VJ라고 한다. 제어 회로(112)는 전압 VJ에 따라서, 스위칭 소자(9)의 ON/OFF를 절환하기 위한 출력 신호를 출력한다. 스위칭 소자(9)가 ON/OFF를 절환함으로써, 발광 다이오드(6)에 흐르는 전류가 제어된다.
발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)는, 또한 스위칭 소자 블록(111)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 드레인 전류 검출 회로(113)와, 스위칭 소자 블록(111)의 동작의 기동/정지를 제어하기 위한 기동/정지 회로(114)를 포함하고 있다.
제어 회로(112)의 내부 회로와, 드레인 전류 검출 회로(113) 및 기동/정지 회로(114)에 대하여 설명한다. 조정기(12)는, 일단이 스위칭 소자 블록(111)의 접합형 FET(8)와 스위칭 소자(9)와의 사이에 접속되고, 타단이 VCC 단자(14)에 접속되어 있다. 조정기(12)에는 전압 VJ가 입력되고, 일정치의 기준 전압 Vcc를 출력한다.
조정기(12)와 VCC 단자(14)와의 사이에 기동/정지 회로(114)의 일단이 접속되어 있다. 기동/정지 회로(114)에는, 기준 전압 Vcc가 입력되어서, 기준 전압 Vcc가 소정치 이상이면 기동 신호(High인 출력 신호)를 출력하고, 기준 전압 Vcc가 소정치보다도 작으면 정지 신호(Low인 출력 신호)를 출력한다. 기동/정지 회로(114)의 출력 신호는, 타단에 접속된 AND 회로(15)에 입력된다.
발진기(17)는 MAX DUTY(최대 듀티) 신호와 CLOCK(클록) 신호를 출력한다. 발진기(17)가 출력하는 MAX DUTY 신호는 AND 회로(15)에 입력되고, CLOCK 신호는 RS 플립-플롭(flip-flop) 회로(18)의 세트(set) 단자에 입력된다.
드레인 전류 검출 회로(113)는 비교기(13)로써 구성되고, 비교기(13)의 플러스 단자가 접합형 FET(8)의 저전위측과 조정기(12)의 접속점에 접속되어 있다. 비교기(13)는 플러스 단자에 전압 VJ가 입력되고, 마이너스 단자에 검출 기준 전압 Vsn이 입력된다.
비교기(13)는, 전압 VJ가 검출 기준 전압 Vsn보다도 크면 High를 출력하고, 전압 VJ가 검출 기준 전압 Vsn보다도 작으면 Low를 출력한다. 스위칭 소자(9)에 흐르는 전류는, 스위칭 소자(9)의 온 전압을 검출 기준 전압 Vsn과 비교함으로써 검출된다. 이 검출 기준 전압 Vsn으로써, 발광 다이오드(6)의 발광 휘도를 미리 설정해 둘 수 있다. 비교기(13)의 출력 신호는 비교기(13)의 출력 단자에 접속된 AND 회로(19)에 입력된다.
AND 회로(19)는 온-타임(ON-time) 블랭킹(blanking) 펄스 발생기(16)에도 접속되어 있다. 온-타임 블랭킹 펄스 발생기(16)에는, AND 회로(15)의 출력 신호를 입력하고, 전류를 검출하지 않는 시간을 설정하기 위한 펄스를 AND 회로(19)에 출력한다. 온-타임 블랭킹 펄스 발생기(16)는, 스위칭 소자(9)가 오프로부터 온으로 절환된 후 어느 일정한 시간(예로서 수백 nsec) 동안 Low인 출력 신호를 출력한다. 온-타임 블랭킹 펄스 발생기(16)는 그 이외에는 High인 출력 신호를 출력한다.
AND 회로(19)에는, 드레인 전류 검출 회로(113)의 출력 신호와 온-타임 블랭 킹 펄스 발생기(16)의 출력 신호를 입력하여, 양쪽의 신호가 High인 경우에 High를 출력하고, 그 이외의 경우는 Low를 출력한다. 스위칭 소자(9)의 오프 상태로부터 온 상태로 절환될 때에 발생하는 링잉(ringing)에 의해서, 스위칭 소자(9)의 온/오프 제어가 오동작하는 것을, 온-타임 블랭킹 펄스 발생기(16)의 출력 신호와 드레인 전류 검출 회로(113)의 출력 신호를 AND 회로(19)에 입력함으로써 방지한다.
AND 회로(19)의 출력 신호는 AND 회로(19)의 출력 단자에 접속된 OR 회로(20)에 입력된다. OR 회로(20)는 AND 회로(19)와 발진기(17)에 접속되어 있다. OR 회로(20)에는, AND 회로(19)의 출력 신호와 발진기(17)의 MAX DUTY의 반전(反轉) 신호를 입력하고, 적어도 어느 한쪽이 High이면 High를 출력하고, 양쪽의 신호가 Low일 때는 Low를 출력한다.
OR 회로(20)의 출력 신호는 RS 플립플롭 회로(18)의 리셋(reset) 단자에 입력된다. RS 플립플롭 회로(18)의 세트 단자에는, 발진기(17)가 출력하는 CLOCK 신호가 입력되고, RS 플립플롭 회로(18)의 출력 단자 Q의 출력 신호를 AND 회로(15)에 출력한다. 즉, 스위칭 소자(9)의 온 듀티는, 발진기(17)의 MAX DUTY 신호의 반전 신호와 드레인 전류 검출 회로(113)의 출력 신호가 입력된 OR 회로(20)의 출력 신호에 의해서 규정된다.
AND 회로(15)에는, 기동/정지 회로(114)의 출력 신호, 발진기(17)의 MAX DUTY 신호, 및 RS 플립플롭 회로(18)의 출력 신호를 입력하고, 모두가 High이면 High를 출력하고, 그 이외의 경우는 Low를 출력한다. AND 회로(15)의 출력 단자는 게이트(gate) 단자(21)를 통하여, 스위칭 소자(9)의 제어 단자에 접속되어 있다. AND 회로(15)의 출력 신호(ON/OFF 제어 신호)에 따라서, 스위칭 소자(9)는 온/오프를 절환한다.
일반적으로, 스위칭 소자(9)가 오프로부터 온으로 절환될 때, 스위칭 소자 자체의 C(용량)나, 배선 길이에 기인한 C(용량)나 L(인덕턴스)에 의해서 과도적인 전류가 흐른다. 또한, 스위칭 소자(9)의 드레인-소스간 전압은, 스위칭 소자(9)가 오프로부터 온으로 절환된 후 어느 일정한 시간(일반적으로는 수백 nsec) 동안 입력 전압 Vin으로부터 온 전압까지 저하되어 간다. 그 때문에, 전압이 온 전압까지 저하할 때까지의 동안, 드레인 전류 검출 회로(113)가 온 전압과 검출 기준 전압 Vsn을 비교해도, 드레인 전류 ID를 정확하게 검출할 수 없다. 이 드레인 전류에 따라서 동작하면, 제어 회로(112)는 안정된 온/오프 제어를 할 수 없게 된다. 따라서, 제어 회로(112)는, 온-타임 블랭킹 펄스 발생기(16)로써, 전류를 검출하지 않는 시간을 설정하여, 드레인 전류 검출 회로(113)에 의한 올바르지 않은 검출 결과를 이용하는 것을 방지한다.
도 2 및 도 3을 이용하여, 본 발명의 실시형태 1의 발광 다이오드 구동 장치의 동작을 설명한다. 도 2는, 실시형태 1의 발광 다이오드 구동 장치를 이용한 경우의, 직류 전압(Vin)의 파형, 드레인 단자(7)의 전압(VD)의 파형, VCC 단자(14)의 전압(Vcc)의 파형, 드레인 전류(ID)의 파형, 초크 코일 전류(IL)의 파형(즉, 발광 다이오드(6)에 흐르는 전류의 파형), 검출 기준 전압(Vsn)의 파형을 나타낸다.
도 3은 접합형 FET(8)의 고전위측의 전압 VD와 접합형 FET(8)의 저전위측의 전압 VJ와의 관계를 나타낸다. 도 3에서, 기동 개시 전압 VDSTART는, 제어 회로 (112)에 의한 스위칭 소자(9)의 단속적인 온/오프 제어가 개시될 때의 접합형 FET(8)의 고전위측의 전압[드레인 단자(7)의 전압] VD의 값이다.
도 2에서, 직류 전압 Vin은 AC 전원(1)과 정류 회로(2)와 평활 콘덴서(3)에 의해서 취득되는 전압이다. 직류 전압 Vin은 초크 코일(4)과 발광 다이오드(6)를 통하여 스위칭 소자 블록(111)의 접합형 FET(8)의 고전위측에 인가된다.
도 2의 제1기간 T1에 나타내는 바와 같이, 접합형 FET(8)에 직류 전압 Vin이 인가되면, 접합형 FET(8)의 고전위측의 전압 VD는 서서히 상승한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 접합형 FET(8)의 저전위측의 전압 VJ는, 고전위측의 전압 VD의 상승과 함께 상승한다(영역 A). 고전위측의 전압 VD가 더욱 상승하여 소정의 전압 VDP 이상으로 되면, 핀치오프에 의해서, 저전위측의 전압 VJ는 일정한 전압치 VJP가 된다(영역 B).
도 2의 제1기간 T1에 나타내는 바와 같이, 접합형 FET(8)의 저전위측에 접속된 조정기(12)에 의해서, 제어 회로(112)의 VCC 단자(14)의 전압 Vcc는 상승한다. VCC 단자(14)의 전압 Vcc가 기동/정지 회로(114)의 기동 전압 VccO에 도달하면[이때, 접합형 FET(8)의 고전위측의 전압 VD=VDSTART이다], 기동/정지 회로(114)는 기동 신호를 출력하고, 제어 회로(112)에 의한 스위칭 소자(9)의 단속적인 온/오프 제어가 개시된다(도 2의 제2기간 T2).
VCC 단자(14)의 전압 Vcc는 조정기(12)에 의해서 항상 일정 전압 Vcc0이 되도록 제어된다. 제어 회로(112)의 정지는, VCC 단자(14)의 전압 Vcc가 기동/정지 회로(114)의 정지 전압 이하로 강하함으로써 제어된다.
스위칭 소자(9)의 발진 주파수 및 최대 온 듀티는, 각각 발진기(17)의 CLOCK 신호 및 MAX DUTY 신호에 의해서 규정된다. 스위칭 소자(9)에 흐르는 전류는, 스위칭 소자(9)의 온 전압을 드레인 전류 검출 회로(113)의 검출 기준 전압 Vsn과 비교함으로써 검출된다.
스위칭 소자(9)가 온(on)되어, 스위칭 소자(9)의 온 전압이 Vsn에 도달하면, 발진기(17)의 다음 CLOCK 신호가 RS 플립플롭(18)의 세트 단자에 입력될 때까지, 스위칭 소자(9)를 오프 상태로 한다. 즉, 스위칭 소자(9)의 온 듀티는, 발진기(17)의 MAX DUTY 신호의 반전 신호와 드레인 전류 검출 회로(113)의 출력 신호가 입력된 OR 회로(20)의 출력 신호에 의해서 규정된다.
이상과 같이, 제어 회로(112)에 의한 스위칭 소자(9)의 단속적인 온/오프 제어가 실행되어서, 스위칭 소자(9)에 흐르는 전류 ID는, 도 2에 나타내는 바와 같이 된다.
스위칭 소자(9)가 온 상태일 때, IDP를 피크로 하는 전류 ID가, 초크 코일(4)→발광 다이오드(6)→스위칭 소자(9)의 방향으로 흐른다. 초크 코일(4)에 흐르는 전류[즉, 발광 다이오드(6)에 흐르는 전류]는, 도 2의 IL에 나타내는 바와 같은 파형이 된다. 스위칭 소자(9)가 온 상태일 때, 전류 IL=전류 ID이다.
스위칭 소자(9)가 오프 상태일 때, 전류 IL이 초크 코일(4)→발광 다이오드(6)→다이오드(5)의 폐루프를 흐른다. 따라서, 발광 다이오드(6)에 흐르는 전류의 평균 전류는, 도 2의 IL0이 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치는 하기의 (1)∼(4)의 효과를 갖는다.
(1) 본 발명은, 저항이 불필요하므로 기동시의 전력 손실이 없다. 일반적으로, 종래의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로에 대한 전력 공급은, 입력 전압(고전압)으로부터 직류적으로 저항을 통하여 실행된다. 이 전력 공급은 기동ㆍ정지뿐만 아니라, 통상 동작중에도 동일하게 실행되므로, 저항에서의 전력 손실이 발생한다. 그러나, 본 발명의 실시형태 1의 구성으로 하면, 이러한 저항은 불필요하므로 전력 손실이 없다.
(2) 본 발명은, 드레인 전류 검출 회로(113)가 스위칭 소자(9)의 온 전압을 검출함으로써, 스위칭 소자(9)에 흐르는 전류 ID를 검출하므로, 종래예와 같은 전류 검출용 저항이 불필요하게 된다. 본 발명에 의하면, 전류 검출용 저항에 의한 전력 손실이 발생하지 않는다.
(3) 본 발명은, 접합형 FET(8)를 사용함으로써, 입력 전원으로서 저전압으로부터 고전압까지 사용할 수 있다. 본 발명에 의하면, 부품 점수가 적은, 소형의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치로써, 안정된 발광 휘도를 얻을 수 있다.
(4) 본 발명은, 드레인 전류 검출 회로의 검출 기준 전압 Vsn을 변경함으로써, 발광 다이오드의 발광 휘도를 미리 설정해 둘 수 있다.
또한, 도 1에 있어서, 스위칭 소자 블록(111), 제어 회로(112), 드레인 전류 검출 회로(113), 및 기동/정지 회로(114)를 동일 기판상에 형성한 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)로 함으로써, 발광 다이오드 구동 장치의 추가적인 소형화 를 실현할 수 있다. 이것은, 이후에 나타내는 실시형태에 있어서도 마찬가지이다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 발광 다이오드(6)와 직렬로 역전압 파괴 방지 회로(401)를, 또는 발광 다이오드(6)와 병렬로 역전압 파괴 방지 회로(402)를 설치함으로써, 발광 다이오드(6)에 역전압이 인가된 경우에, 발광 다이오드(6)가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 스위칭 소자(9)가 오프 상태로부터 온 상태로 이행하는 과도 상태에 있어서, 다이오드(5)의 역회복 시간(Trr)이 느리면 전력 손실이 커지게 되므로, 본 발명의 실시형태 1의 다이오드(5)의 역회복 시간(Trr)은 100 nsec 이하이다.
(실시형태 2)
도 5 및 도 6을 이용하여, 본 발명의 실시형태 2의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시형태 2의 발광 다이오드 구동 장치이다.
도 5에 나타내는 본 발명의 실시형태 2의 발광 다이오드 구동 장치에 있어서는, 드레인 전류 검출 회로(113)의 검출 기준 전압 Vsn을 결정하는 단자 SN을 외부 단자(521)(제3입력 단자)로 한다. 그 이외에는, 실시형태 2의 발광 다이오드 구동 장치의 회로 구성은, 도 1에 나타내는 실시형태 1과 기본적으로 동일하다.
도 6을 이용하여, 본 발명의 실시형태 2의 발광 다이오드 구동 장치의 동작을 설명한다. 도 6은 실시형태 2의 발광 다이오드 구동 장치를 이용한 경우의, 직류 전압(Vin)의 파형, 드레인 단자(7)의 전압(VD)의 파형, VCC 단자(14)의 전압(Vcc)의 파형, 드레인 전류(ID)의 파형, 초크 코일 전류(IL)의 파형[즉, 발광 다이 오드(6)에 흐르는 전류의 파형], 검출 기준 단자(521)의 전압(Vsn)의 파형을 나타낸다.
본 발명의 실시형태 2의 발광 다이오드 구동 장치의 기동ㆍ정지에 관해서는, 본 발명의 실시형태 1의 발광 다이오드 구동 장치와 동일하므로, 중복되는 설명을 생략한다.
실시형태 2의 드레인 전류 검출 회로(113)의 검출 기준 전압 Vsn은, 외부 단자 SN(521)에 입력되는 전압에 따라서 가변(可變)된다. 예로서, 도 6에 나타내는 바와 같이 외부 단자 SN(521)에 입력되는 전압 Vsn을 3 단계로 서서히 저하시킨 경우, 드레인 전류 검출 회로(113)의 드레인 전류 검출 레벨도 3 단계로 서서히 저하하므로, 스위칭 소자(9)에 흐르는 전류 ID도 3 단계로 서서히 저하한다. 이에 따라서, 스위칭 소자(9)에는, 도 6의 ID에 나타내는 바와 같이 PWM 제어된 전류가 흐른다.
초크 코일(4)에 흐르는 전류 IL[즉, 발광 다이오드(6)에 흐르는 전류]은 도 6에 나타내는 바와 같이 되어서, 발광 다이오드(6)의 평균 전류 IL0은 도 6과 같이 3 단계로 저하한다. 이와 같이 외부 단자 SN(521)에 입력되는 Vsn 전압에 따라서, 발광 다이오드(6)의 평균 전류가 변화되므로, 실시형태 2의 발광 다이오드 구동 장치는 발광 다이오드(6)를 조광(調光)할 수 있게 된다.
또한, 실시형태 2의 드레인 전류 검출 회로(113)는, 검출 기준 전압 Vsn의 변동에 대하여 발광 다이오드(6)의 평균 전류가 비례하여 변화되도록 동작한다. 이것에 대신하여, 드레인 전류 검출 회로(113)는, 검출 기준 전압 Vsn의 변동에 대하 여 발광 다이오드(6)의 평균 전류가 반비례하여 변화되도록 동작해도 좋다(이후의 실시형태에 있어서도 마찬가지이다).
본 발명의 실시형태 2의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 본 발명의 실시형태 1에 나타낸 효과 이외에, 추가로 하기의 효과를 갖는다. 본 발명의 실시형태 2의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 드레인 전류 검출 회로의 검출 기준 전압을 결정하는 단자를 외부 단자 SN(521)으로 함으로써, 외부로부터 용이하게 발광 다이오드(6)의 발광 휘도를 조정할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시형태 2의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는 조광 기능을 갖는다.
(실시형태 3)
도 7 및 도 8을 이용하여, 본 발명의 실시형태 3의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시형태 3의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태 3의 발광 다이오드 구동 장치는, 클램프 회로(722)를 실시형태 2의 스위칭 소자 블록(111)에 병렬 접속하였다. 그 이외에 대해서는, 본 발명의 실시형태 3의 발광 다이오드 구동 장치는 도 5에 나타내는 본 발명의 실시형태 2의 회로 구성 및 동작 내용과 기본적으로 동일하다.
스위칭 소자(9)가 온 상태로부터 오프 상태로 이행할 때에, 배선 용량이나 배선 인덕턴스에 의해서 발생하는 링잉에 의해서, 스위칭 소자 블록(111)의 고전위측의 전압 VD가, 스위칭 소자(9)의 내압을 초과하는 전압으로 되는 경우가 있다. 이것이, 스위칭 소자(9)의 파괴로 연결될 가능성이 있다.
실시형태 3의 발광 다이오드 구동 장치는, 스위칭 소자(9)의 내압보다도 낮은 클램프 전압을 갖는 클램프 회로(722)를 스위칭 소자 블록(111)과 병렬로 접속한다. 클램프 회로(722)는, 일단이 발광 다이오드(6)와 드레인 단자(7)와의 사이에 접속되고, 타단이 접지/소스 단자(10)에 접속된다. 실시형태 3에 있어서, 클램프 회로(722)는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)에 대하여 외부에 부착된다. 클램프 회로(722)는, 스위칭 소자 블록(111)의 고전위측의 전압 VD를 이 클램프 전압으로써 클램핑하여, 스위칭 소자(9)의 파괴를 방지한다.
도 8은 클램프 회로(722)에 제너 다이오드(822)를 이용한 경우의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다. 실시형태 3의 클램프 회로(722)에는, 도 8에 나타내는 바와 같이 예로서 제너 다이오드(822)를 이용한다. 제너 다이오드(822)는, 캐소드 단자가 드레인 단자(7)에 접속되고, 애노드 단자가 접지/소스 단자(10)에 접속되어 있다.
본 발명의 실시형태 3의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치는, 본 발명의 실시형태 1 및 2에서 나타낸 효과 이외에 추가로 하기의 효과를 갖는다. 본 발명의 실시형태 3의 발광 다이오드 구동 장치는, 제어 회로(112)에 의한 스위칭 소자(9)의 단속적인 온/오프 제어에 있어서, 배선 용량이나 배선 인덕턴스에 의해서 발생하는 스위칭 소자 블록(111)의 고전위측의 전압 VD의 뛰어오름을 스위칭 소자(9)의 내압 이하로 클램핑할 수 있다. 스위칭 소자(9)의 파괴를 방지함으로써, 안정성이 더욱 높은 발광 다이오드 구동 장치 를 실현할 수 있다.
이하의 실시형태에 있어서도 마찬가지로, 클램프 회로(722)를 추가함으로써 스위칭 소자(9)의 파괴를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 4)
도 9를 이용하여, 본 발명의 실시형태 4의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 실시형태 4의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태 4의 발광 다이오드 구동 장치의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)는, 도 5의 실시형태 2의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)에 과열 보호 회로(923)를 추가한 구성이다. 그 이외에 대해서는, 본 발명의 실시형태 4의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치는, 실시형태 2의 회로 구성 및 동작 내용과 기본적으로 동일하다.
과열 보호 회로(923)는 스위칭 소자(9)의 온도를 검출한다. 특히, 스위칭 소자(9)를 포함하는 스위칭 소자 블록(111)과, 과열 보호 회로(923)를 포함하는 제어 회로(112)를 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)의 동일한 기판상에 형성하면, 과열 보호 회로(923)의 온도 검출 정밀도가 높아진다.
과열 보호 회로(923)는 스위칭 소자(9)의 이상 온도 상승을 검출하면, 스위칭 소자(9)를 강제적으로 오프시키는 신호를 출력한다. AND 회로(15)는 이 오프 신호를 수신하여 스위칭 소자(9)를 강제적으로 오프로 한다. 이에 따라서, 스위칭 소자(9)의 온도를 내릴 수 있다.
스위칭 소자(9)의 강제적인 오프 상태의 해제에는 하기의 2가지 방법이 있다.
(1) 발광 다이오드 구동 장치에의 전원 공급을 일단 정지하고, 전원 공급을 다시 개시할 때까지 이 오프 상태를 유지하는 래치(latch) 모드.
(2) 과열 보호 회로(923)에 의해서 규정된 온도 이하로 될 때까지 스위칭 소자(9)를 오프 상태로 유지하고, 이 규정된 온도 이하로 되면 자동적으로 오프 상태를 해제하는 자기 복귀 모드.
본 발명의 실시형태 4의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치는, 본 발명의 실시형태 2에서 나타낸 효과 이외에 추가로 하기의 효과를 갖는다. 본 발명의 실시형태 4의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로에 의하면, 이상 온도 상승에 의한 스위칭 소자(9)의 파괴를 회피할 수 있으므로, 더욱 안정성이 높은 발광 다이오드 구동 장치를 실현할 수 있다.
이하의 실시형태에 있어서도 마찬가지로, 과열 보호 회로(923)를 추가함으로써 이상 온도 상승에 의한 스위칭 소자(9)의 파괴를 회피하는 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 5)
도 10을 이용하여, 본 발명의 실시형태 5의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 10은 본 발명의 실시형태 5의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태 5의 발광 다이오드 구동 장치의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 드레인 전류 검출 회로(113)의 구성이 도 5에 나타내는 실시형태 2와 상이하다. 그 이외에 대해서는, 본 발명의 실시형태 5의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 실시형태 2의 회로 구성 및 동작 내용과 기본적으로 동일하다.
본 발명의 실시형태 5의 드레인 전류 검출 회로(113)는, 비교기(13) 이외에, 추가로 스위칭 소자(1024)(제2스위칭 소자)와 저항(1025)을 포함하고 있다. 스위칭 소자(1024)는, 스위칭 소자(9)와 병렬로, 일단이 접합형 FET(8)의 저전위측과 접속되고, 타단이 저항(1025)과 접속된다. 스위칭 소자(1024)는 스위칭 소자(9)에 대하여 일정한 작은 전류비를 갖는다. 스위칭 소자(1024)에는 스위칭 소자(9)에 흐르는 전류보다도 작은 일정한 전류비의 전류가 흐른다.
저항(1025)은, 스위칭 소자(1024)와 직렬로, 스위칭 소자(1024)와 접지/소스 단자(10)와의 사이에 접속된다. 스위칭 소자(1024)와 저항(1025)과의 접속점이 비교기(13)의 플러스 단자에 접속된다.
실시형태 2의 드레인 전류 검출 회로(113)는 스위칭 소자(9)의 온 전압을 검출하였다. 따라서, 실시형태 2의 드레인 전류 검출 회로(113)는, 스위칭 소자(9)가 오프 상태로부터 온 상태로 이행한 후 일정한 시간(일반적으로는 수백 nsec) 동안, 드레인 전류 ID를 정확하게 검출할 수 없었다. 그래서, 온-타임 블랭킹 펄스 발생기(16)를 설치하여, 드레인 전류를 검출하지 않는 시간을 설정하였다.
이것에 대하여, 실시형태 5의 드레인 전류 검출 회로(113)는, 스위칭 소자(9)에 흐르는 전류 ID를 저항(1025)의 양단 전압으로써 검출하여, 비교기(13)에 입 력한다. 따라서, 본 발명의 실시형태 5의 드레인 전류 검출 회로(113)는, [저항(1025)에 흐르는 전류×저항치]로써 결정되는 전압과 검출 기준 전압 Vsn을 비교하므로, 실시형태 2와 같이 정확하게 드레인 전류를 검출할 수 없게 되는 시간이 생기지 않는다.
본 발명의 실시형태 5의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 본 발명의 실시형태 2에서 나타낸 효과 이외에 추가로 하기의 효과를 갖는다. 본 발명의 실시형태 5의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 스위칭 소자(9)가 오프 상태로부터 온 상태로 이행할 때라도, 드레인 전류 ID를 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 스위칭 소자(9)가 오프 상태로부터 온 상태로 절환된 순간에, 스위칭 소자 자체의 용량 C나, 배선 길이에 기인한 용량 C나 인덕턴스 L에 의해서, 과도적인 전류가 흐른다. 따라서, 본 발명의 실시형태 5에 있어서는, 스위칭 소자를 안정적으로 온/오프 동작시키기 위하여, 온-타임 블랭킹 펄스 발생기(16)를 구비하고 있다.
(실시형태 6)
도 11을 이용하여, 본 발명의 실시형태 6의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 실시형태 6의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태 6의 발광 다이오드 구동 장치의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)는, 스위칭 소자 블록(111)의 접합형 FET(1108)의 접속이 도 10에 나타내는 실시형태 5와 상이하다. 그 이외에 대해서는, 본 발명의 실시형태 6의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 실시형태 5의 회로 구성 및 동작 내용과 기본적으로 동일하다.
실시형태 1∼5의 스위칭 소자 블록(111)에 있어서는, 접합형 FET(8)와 스위칭 소자(9)가 직렬로 접속되어 있었다. 실시형태 1∼5의 스위칭 소자 블록(111)은, 접합형 FET(8)와 스위칭 소자(9)를 일체화하여, 하나의 패키지로 구성하는 경우에 적합하다.
본 발명의 실시형태 6의 스위칭 소자 블록(111)은, 접합형 FET(1108)의 일단을 드레인 단자(7)와 스위칭 소자(9)와의 접속점에 접속하고, 타단을 조정기(12)에 접속한다. 스위칭 소자(9)는 드레인 단자(7)와 접지/소스 단자(10)와의 사이에 접속된다. 이 구성은, 접합형 FET(1108)와 스위칭 소자(9)를 별개의 패키지로 구성하는 경우에 적합하다.
본 발명의 실시형태 6의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 실시형태 5와 동일한 효과를 갖는다.
(실시형태 7)
도 12를 이용하여, 본 발명의 실시형태 7의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 12는 본 발명의 실시형태 7의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태 7의 발광 다이오드 구동 장치의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 도 11에 나타내는 실시형태 6의 구성에 입력 전압 검출 회로(1229) 를 추가하였다. 그 이외에 대해서는, 본 발명의 실시형태 7의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 실시형태 6의 회로 구성 및 동작 내용과 기본적으로 동일하다.
본 발명의 실시형태 7의 접합형 FET(1108)의 고전위측의 전압 VD와 저전위측의 전압 VJ는, 도 3에 나타내는 관계에 있다. 실시형태 1에서 설명한 바와 같이, 이 관계는 크게 2개의 영역 A와 영역 B로 나누어진다.
도 3의 전압 VDSTART는, 제어 회로(112)에 의한 스위칭 소자(9)의 단속적인 온/오프 제어가 개시될 때의 접합형 FET(1108)의 고전위측의 전압 VD이다. 도 3에서 기동 개시 전압 VDSTART는 영역 A내에 있지만, 접합형 FET(8)(1108)의 질(質)에 따라서, 기동 개시 전압 VDSTART의 값에 변동이 발생한다. 따라서, 도 11에 나타내는 실시형태 6의 발광 다이오드 구동 장치는, 입력 전압 검출용의 외부 부품을 이용하여, 어느 정도의 입력 전압 검출은 가능하지만, 정밀도가 좋은 입력 전압 검출은 가능하지 않다.
실시형태 7의 발광 다이오드 구동 장치는, 접합형 FET(1108)의 저전위측과 AND 회로(15)와의 사이에 입력 전압 검출 회로(1229)를 접속한다. 실시형태 7에 있어서, 입력 전압 검출 회로(1229)는 제어 회로(112)내에 포함된다. 입력 전압 검출 회로(1229)는, 접합형 FET(1108)의 저전위측의 전압 VJ가 소정치 이상이면 High 신호를 출력하고, 전압 VJ가 소정치보다도 작으면 Low를 출력한다. 입력 전압 검출 회로(1229)의 출력 신호를 AND 회로(15)에 입력함으로써, 온/오프 제어의 기동 개시 전압 VDSTART의 변동을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시형태 7의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 본 발명의 실시형태 6에서 나타낸 효과 이외에 추가로 하기의 효과를 갖는다.
(1) 입력 전압 검출용의 외부 부품이 불필요하므로, 소형이고 고기능의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치를 실현할 수 있다.
(2) 입력 전압 검출 정밀도가 높고, 또한 입력 전압 검출에 저항이 불필요하므로, 저항에 의한 전력 손실이 없다.
(실시형태 8)
도 13을 이용하여, 본 발명의 실시형태 8의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 13은 본 발명의 실시형태 8의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태 8의 발광 다이오드 구동 장치의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 평활 콘덴서(3)와 초크 코일(4)과의 접속점에 접속되어서, 직류 전압 Vin을 입력하는 IN 단자(제2입력 단자)(1301)를 포함하고 있다.
스위칭 소자 블록(111)의 접합형 FET(1108)의 고전위측은 IN 단자(1301)에 접속되고, 저전위측은 조정기(12)에 접속되어 있다. 그 이외에 대해서는, 본 발명의 실시형태 8의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 실시형태 7의 회로 구성 및 동작 내용과 기본적으로 동일하다.
실시형태 1∼7에 있어서, 스위칭 소자(9)의 동작을 정지시키고 있는 동안(오 프 상태인 채로)에 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)에의 전력 공급은, 직류 전원 Vin→코일(4)→발광 다이오드(6)→드레인 단자(7)→접합형 FET 단자(8)(또는 1108)→VCC 단자(14)의 경로로 되므로, 발광 다이오드(6)는 미약하게 발광한다.
이것에 대하여, 실시형태 8의 발광 다이오드 구동 장치에 있어서는, 직류 전원 Vin→IN 단자(1301)→접합형 FET(1108)→VCC 단자(14)의 경로가 되어서, 발광 다이오드(6)를 경유하지 않으므로, 발광 다이오드는 미약한 발광을 실행하지 않는다.
본 발명의 실시형태 8의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 본 발명의 실시형태 7에서 나타낸 효과 이외에 추가로 하기의 효과를 갖는다. 본 발명의 실시형태 8의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 스위칭 소자(9)의 동작을 정지시키고 있는 동안(오프 상태인 채로), 발광 다이오드의 미약한 발광을 방지할 수 있다.
(실시형태 9)
도 14 및 도 15를 이용하여, 본 발명의 실시형태 9의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 14는 본 발명의 실시형태 9의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태 9의 발광 다이오드 구동 장치는, 도 12에 나타내는 실시형태 7의 구성에, IN 단자(1401)(제4입력 단자)와, 발광 다이오드(6)의 캐소드 단자와 IN 단자(1401)의 사이에 접속된 저항(1430)을 추가한 것이, 실시형태 7과 상이하다. 그 이외에 대해서는, 본 발명의 실시형태 9의 발광 다이오드 구동용 반도 체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 실시형태 7의 회로 구성 및 동작 내용과 기본적으로 동일하다.
저항(1430)은, 기동 개시 전압 VDSTART를 변경하기 위하여 설치되고, 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)의 외부에 부착된다. IN 단자(1401)는 저항(1430)을 통하여 전압[전압 VD-저항(1430)의 저항치×전류]을 입력한다.
접합형 FET(1108)의 고전위측은 IN 단자(1401)에 접속된다. 저항(1430)에 의해서, 드레인 단자(7)의 전압 VD와, 접합형 FET(1108)의 저전위측의 전압 VJ는 도 15에 나타내는 바와 같이 된다. 도 15는 실시형태 9에 있어서의 드레인 단자(7)의 전압 VD와 접합형 FET(1108)의 저전위측의 전압 VJ와의 관계를 나타낸다. 도 15에 있어서, 1501은 본 발명의 실시형태 9에서의 저항(1430)이 있는 경우의 VD-VJ 특성이고, 301은 본 발명의 실시형태 1∼8에 있어서의 저항(1430)이 없는 경우의 VD-VJ 특성이다.
본 발명의 실시형태 9의 기동 개시 전압 VDSTART는, 저항(1430)이 없는 상태(301)와 비교하여, VD의 고전위측으로 편이(偏移; shift)되어 있다. 편이량은, 저항(1430)의 저항치와 접합형 FET(1108)에 흐르는 전류의 적(積)에 따른다. 따라서, 저항(1430)의 저항치를 변경하면, 기동 개시 전압 VDSTART를 용이하게 변경할 수 있다.
본 발명의 실시형태 9의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 본 발명의 실시형태 7에서 나타낸 효과 이외에 추가로 하기의 효과를 갖는다. 본 발명의 실시형태 9의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 제어 회로(112)내의 입력 전압 검출 회로(1229)에 의한 기동 개시 전압 VDSTART의 변동의 조정뿐만 아니라, 외부에 부착한 저항(1430)의 저항치의 변경에 의해서, 기동 개시 전압 VDSTART를 용이하게 변경할 수 있다.
(실시형태 10)
도 16을 이용하여, 본 발명의 실시형태 10의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 16은 본 발명의 실시형태 10의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태 10의 발광 다이오드 구동 장치는, 도 13에 나타내는 실시형태 8의 구성에, 평활 콘덴서(3)와 초크 코일(4)과의 접속점에 일단이 접속되고, 타단이 IN 단자(1301)에 접속된 저항(1630)을 추가하였다. 그 이외에 대해서는, 본 발명의 실시형태 10의 발광 다이오드 구동 장치는, 실시형태 8의 회로 구성 및 동작 내용과 기본적으로 동일하다. 실시형태 10에서는, 직류 전압 Vin이 저항(1630)과 IN 단자(1301)를 통하여, 접합형 FET(1108)의 고전위측에 인가된다.
본 발명의 실시형태 10의 발광 다이오드 구동 장치는, 본 발명의 실시형태 8에서 나타낸 효과 이외에, 도 14에서 나타내는 본 발명의 실시형태 9와 동일한 효과를 추가로 갖는다. 즉, 본 발명의 실시형태 10의 기동 개시 전압 VDSTART는, 저항(1630)에 의해서, 저항(1630)이 없는 상태(301)와 비교하여, VD의 고전위측으로 편이된다(도 15). 편이량은, 저항(1630)의 저항치와 접합형 FET(1108)에 흐르는 전류의 적에 따른다. 따라서, 저항(1630)의 저항치를 변경하면, 입력 전압 검출 회로(1229)가 입력하는 입력 전압 검출치(VJ)를 용이하게 변경할 수 있다. 결국은, 기 동 개시 전압 VDSTART를 변경할 수 있다.
(실시형태 11)
도 17을 이용하여, 본 발명의 실시형태 11의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 17은 본 발명의 실시형태 11의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태 11의 발광 다이오드 구동 장치의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 도 14에 나타내는 실시형태 9의 구성에, 접합형 FET(1731)와 절환 스위치(1732)를 추가하였다. 그 이외에 대해서는, 본 발명의 실시형태 11의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 실시형태 9의 회로 구성 및 동작 내용과 기본적으로 동일하다.
실시형태 11의 스위칭 소자 블록(111)은, 접합형 FET(1731)를 추가로 포함한다. 접합형 FET(1731)의 고전위측은, 드레인 단자(7)[스위칭 소자(9)의 고전위측]에 접속된다.
실시형태 11의 제어 회로(112)는 절환 스위치(1732)를 추가로 포함한다. 절환 스위치(1732)의 제1절환 스위치 단자(도 17의 상측의 단자)에, 접합형 FET(1108)의 저전위측이 접속된다. 절환 스위치(1732)의 제2절환 스위치 단자(도 17의 하측의 단자)에, 새롭게 추가한 접합형 FET(1731)의 저전위측이 접속된다.
절환 스위치(1732)의 출력측은, 조정기(12)와 입력 전압 검출 회로(1229)에 접속된다. 절환 스위치(1732)는, 입력 전압 검출 회로(1229)의 출력 신호에 따라서, 제1절환 스위치 단자와 제2절환 스위치 단자와의 접속을 절환한다.
도 17에 나타내는 발광 다이오드 구동 장치에 있어서, 제어 회로(112)에 의한 스위칭 소자(9)의 단속적인 온/오프 제어가 개시되기 전에, 절환 스위치(1732)는 접합형 FET(1108)와 접속되어 있다. 접합형 FET(1108)의 고전위측에 접속된 저항(1430)으로써, 기동 개시 전압 VDSTART를 변경할 수 있다.
제어 회로(112)는, 스위칭 소자(9)의 단속적인 온/오프 제어를 개시하는 동시에, 입력 전압 검출 회로(1229)의 출력 신호에 따라서, 절환 스위치(1732)의 조정기(12)와의 접속을, 접합형 FET(1108)로부터 접합형 FET(1731)로 절환한다. 접합형 FET(1731)의 고전위측과 발광 다이오드(6)와의 사이에는 저항(1430)이 접속되어 있지 않으므로, 저항(1430)에 의한 전력 손실을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시형태 11의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 본 발명의 실시형태 9에서 나타낸 효과 이외에 추가로 하기의 효과를 갖는다. 본 발명의 실시형태 11의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 제어 회로(112)에 의한 스위칭 소자(9)의 단속적인 온/오프 제어가 개시된 후의 저항(1430)에서 발생하는 전력 손실이 없어진다.
또한, 접합형 FET(1731)의 일단을 드레인 단자(7)와 접속하는 대신에, 직류 전압 Vin을 입력하도록 접속해도 좋다. 예로서, 도 13에 나타내는 바와 같이, 직류 전압 Vin을 입력하는 입력 단자(1301)를 설치하여, 접합형 FET(1731)의 일단을 입력 단자(1301)와 접속하고, 타단을 절환 스위치(1732)와 접속한다. 이에 따라서, 도 13에 나타내는 실시형태 8과 같이, 스위칭 소자(9)의 동작을 정지시키고 있는 동안, 발광 다이오드(6)가 미약한 발광을 하는 것을 방지할 수 있는 효과를 또한 얻을 수 있다.
(실시형태 12)
도 18을 이용하여, 본 발명의 실시형태 12의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 18은 본 발명의 실시형태 12의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태 12의 발광 다이오드 구동 장치의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 도 16에 나타내는 실시형태 10의 구성에, 접합형 FET(1731)와 절환 스위치(1732)를 추가하였다. 그 이외에 대해서는, 본 발명의 실시형태 12의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 실시형태 10의 회로 구성 및 동작 내용과 기본적으로 동일하다.
실시형태 12의 스위칭 소자 블록(111)은, 접합형 FET(1731)를 추가로 포함한다. 접합형 FET(1731)의 고전위측은, 드레인 단자(7)[스위칭 소자(9)의 고전위측]에 접속된다.
실시형태 12의 제어 회로(112)는 절환 스위치(1732)를 추가로 포함한다. 절환 스위치(1732)의 제1절환 스위치 단자(도 18의 상측의 단자)는, 접합형 FET(1108)의 저전위측에 접속된다. 절환 스위치(1732)의 제2절환 스위치 단자(도 18의 하측의 단자)는 새로이 추가한 접합형 FET(1731)의 저전위측에 접속된다.
절환 스위치(1732)의 출력측은 조정기(12)와 입력 전압 검출 회로(1229)에 접속된다. 절환 스위치(1732)는 입력 전압 검출 회로(1229)의 출력 신호에 따라서, 제1절환 스위치 단자와 제2절환 스위치 단자와의 접속을 절환한다.
본 발명의 실시형태 12의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 도 16의 본 발명의 실시형태 10에서 나타낸 효과 이외에, 도 17에 나타내는 본 발명의 실시형태 11에서 추가된 효과와 동일한 효과를 또한 갖는다. 즉, 도 18에 나타내는 실시형태 12의 발광 다이오드 구동 장치의 제어 회로(112)는, 스위칭 소자(9)의 단속적인 온/오프 제어를 개시하는 동시에, 입력 전압 검출 회로(1229)의 출력 신호에 따라서, 절환 스위치(1732)의 조정기(12)와의 접속을, 접합형 FET(1108)로부터 접합형 FET(1731)로 절환한다. 이에 따라서, 온/오프 제어가 개시된 후의 저항(1630)에 의한 전력 손실을 방지할 수 있다.
또한, 접합형 FET(1731)의 일단을 드레인 단자(7)와 접속하는 것에 대신하여, 직류 전압 Vin을 입력하도록 접속해도 좋다. 이 경우, 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)는, 도 18의 입력 단자(1301)와는 다르게, 저항(1630)을 통하지 않고 직류 전압 Vin을 입력하는 입력 단자를 추가로 설치한다. 그 입력 단자와 절환 스위치(1732)와의 사이에 접합형 FET(1731)를 접속한다. 이에 따라서, 스위칭 소자(9)의 동작이 정지되어 있는 동안, 발광 다이오드(6)가 미약한 발광을 하는 것을 방지할 수 있는 효과를 또한 얻을 수 있다.
(실시형태 13)
도 19를 이용하여, 본 발명의 실시형태 13의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 19는 본 발명의 실시형태 13의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태 13의 발광 다이오드 구동 장치는, 도 17에 나타내는 실 시형태 11의 구성에, 저항(1933), 저항(1934), 입력 단자 INH(1936) 및 비교기(1935)가 추가되었다. 그 이외에 대해서는, 본 발명의 실시형태 13의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 실시형태 11의 회로 구성 및 동작 내용과 기본적으로 동일하다.
저항(1933) 및 저항(1934)은, 평활 콘덴서(3)와 초크 코일(4)과의 접속점과, 접지/소스 단자(10)와의 사이에 직렬로 접속된다. 저항(1933)과 저항(1934)의 접속점은 입력 단자 INH(1936)에 접속된다. 입력 단자 INH(1936)는 비교기(1935)의 마이너스 단자에 입력된다. 비교기(1935)의 플러스 단자는 내부 회로에 접속되고, 출력 단자는 AND 회로(15)에 접속된다.
실시형태 13에 있어서, 저항(1933)과 저항(1934)은, 발광 다이오드 구동용 반도체 회로(101)에 대하여 외부에 부착된다. 비교기(1935)와 입력 단자 INH(1936)는 발광 다이오드 구동용 반도체 장치(101)에 포함된다.
도 19에 나타내는 본 발명의 실시형태 13의 발광 다이오드 구동 장치는, 직류 전압 Vin을 저항(1933)과 저항(1934)으로써 분압(分壓)한다. 그 분압된 전압은 입력 단자 INH(1936)에 입력되고, 비교기(1935)에 의해서 검출된다. 비교기(1935)는 소정치(상한치)와 비교한 결과를 AND 회로(15)에 출력한다.
이에 따라서, 본 발명은, 제어 회로(112)에 의한 스위칭 소자(9)의 단속적인 온/오프 제어를 위한, IN 단자(1401) 또는 드레인 단자(7)의 입력 전압의 상한치를 규정할 수 있다.
본 발명의 실시형태 13의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오 드 구동 장치는, 본 발명의 실시형태 11에서 나타낸 효과 이외에 추가로 하기의 효과를 갖는다. 본 발명의 실시형태 13의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 규정된 직류 전압 Vin 이하에서의 제어 회로(112)에 의한 스위칭 소자(9)의 단속적인 온/오프 제어를 실행한다.
예로서, AC 전원의 변동이 큰 경우 등에 직류 전압 Vin의 상한이 커졌다고 해도, 발광 다이오드 구동 장치에는 규정 상한치의 전압치 이하밖에 인가되지 않으므로, 발광 다이오드 구동 장치의 열화나 파괴를 방지할 수 있다. 본 발명은, 더욱 높은 안전성을 확보할 수 있다.
(실시형태 14)
도 20을 이용하여, 본 발명의 실시형태 14의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 20은 본 발명의 실시형태 14의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태 14의 발광 다이오드 구동 장치는, 도 18에 나타내는 실시형태 12의 구성에, 저항(1933), 저항(1934), 비교기(1935), 및 입력 단자 INH(1936)를 추가하였다. 그 이외에 대해서는, 본 발명의 실시형태 14의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 실시형태 12의 회로 구성 및 동작 내용과 기본적으로 동일하다. 저항(1933), 저항(1934), 비교기(1935), 및 입력 단자 INH(1936)는, 도 19의 실시형태 13과 동일하므로, 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 실시형태 14의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오 드 구동 장치는, 본 발명의 실시형태 12에서 나타낸 효과 이외에, 도 19에 나타내는 본 발명의 실시형태 13과 동일한 효과를 또한 갖는다. 즉, 본 발명의 실시형태 14의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 규정된 직류 전압 Vin 이하에서의 제어 회로(112)에 의한 스위칭 소자(9)의 단속적인 온/오프 제어를 실행한다. 예로서, AC 전원(1)의 변동이 큰 경우 등에 직류 전압 Vin의 상한이 커졌다고 해도, 발광 다이오드 구동 장치에는 규정 상한치의 전압치 이하밖에 인가되지 않으므로, 발광 다이오드 구동 장치의 열화나 파괴를 방지할 수 있다. 본 발명은, 더욱 높은 안전성을 확보할 수 있다.
(실시형태 15)
도 21을 이용하여, 본 발명의 실시형태 15의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 21은 본 발명의 실시형태 15의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다.
실시형태 1∼14의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치는, 전류 ID의 피크 값을 변경함으로써, 발광 다이오드(6)에 흐르는 전류를 제어하였다(전류 모드).
실시형태 15의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 스위칭 소자(9)의 온 기간을 변경함으로써, 발광 다이오드에 흐르는 전류를 제어한다(전압 모드).
도 21에 나타내는 본 발명의 실시형태 15의 발광 다이오드 구동 장치는, 도 5에 나타내는 본 발명의 실시형태 2에 대하여, 제어 회로(112)의 구성이 이하와 같 이 상이하다.
(1) 드레인 전류 검출 회로(113)에 있어서, 스위칭 소자(9)에 흐르는 전류를 스위칭 소자(9)의 온 전압으로 검출하지만, 검출 기준 전압이 일정, 즉, 스위칭 소자(9)에 흐르는 전류의 최대치는 항상 일정하다.
(2) 실시형태 15의 발진기(2126)는, MAX DUTY 신호와 CLOCK 신호 이외에, 추가로 톱니파 SAWTOOTH 신호를 출력한다. 톱니파 SAWTOOTH 신호는 비교기(2127)의 마이너스 단자에 입력된다. 비교기(2127)의 플러스 단자는 외부 접속 단자 SN(521)에 접속되어서, 비교기(2127)는 SAWTOOTH 신호와 외부 단자 SN(521)에 인가되는 전압 Vsn을 비교하여, 비교한 결과를 출력한다. 비교기(2127)의 출력 단자는 OR 회로(2128)에 접속된다. OR 회로(2128)에는, 비교기(2127)의 출력 신호와 AND 회로(19)의 출력 신호가 입력되고, 출력 신호를 RS 플립플롭 회로(18)의 리셋 단자에 출력한다. 이 구성에 의해서, 외부 단자 SN(521)에의 입력 전압을 변경함으로써, 스위칭 소자(9)의 온 듀티가 변화된다. 즉, 본 발명의 실시형태 15는 PWM 제어하게 된다.
본 발명의 실시형태 15의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치를 사용한 경우, 상기와 같이 실시형태 2의 구성과 차이는 있지만, 각각의 단자의 전류ㆍ전압 파형은 도 6과 동일하다. 본 발명의 실시형태 15의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 도 5에 나타내는 본 발명의 실시형태 2와 동일한 효과를 갖는다.
(실시형태 16)
도 22를 이용하여, 본 발명의 실시형태 16의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 설명한다. 도 22는 본 발명의 실시형태 16의 발광 다이오드 구동 장치를 나타내는 도면이다. 실시형태 16의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 도 21의 실시형태 15와 동일하게, 스위칭 소자(9)의 온 기간을 변경함으로써, 발광 다이오드(6)에 흐르는 전류를 제어한다(전압 모드).
도 22에 나타내는 본 발명의 실시형태 16의 발광 다이오드 구동 장치는, 도 21에 나타내는 본 발명의 실시형태 15에 대하여, 스위칭 소자 블록(111)과 드레인 전류 검출 회로(113)의 구성이 이하와 같이 상이하다.
(1) 스위칭 소자 블록(111)에 있어서, 접합형 FET(1108)를 드레인 단자(7)와 조정기(12)와의 사이에 접속한다(도 11의 실시형태 6과 동일).
(2) 드레인 전류 검출 회로(113)가, 비교기(13) 이외에, 추가로 스위칭 소자(1024)와 저항(1025)을 포함한다(도 10의 실시형태 5와 동일).
본 발명의 실시형태 16의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치를 사용한 경우, 각각의 단자의 전류ㆍ전압 파형은 도 6에 나타내는 바와 같이 된다.
본 발명의 실시형태 16의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 도 21에 나타내는 본 발명의 실시형태 15와 동일한 효과를 갖는다. 본 발명의 실시형태 16은, 또한 실시형태 5의 효과[스위칭 소자(9)가 오프 상태로부터 온 상태로 이행할 때에, 절환된 순간부터 드레인 전류 ID를 정확하게 검 출할 수 있다]도 갖는다.
본 발명의 실시형태 16의 발광 다이오드 구동용 반도체 회로 및 발광 다이오드 구동 장치는, 접합형 FET(1108)와 스위칭 소자(9)를 별개의 패키지로 구성하는 경우에 적합하다.
본 발명에 의하면, 전력 변환 효율이 높고, 소형인 발광 다이오드 구동용 반도체 회로, 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 입력 전압의 변동에 대하여 발광 다이오드에 흐르는 전류를 정밀도 좋게 제어할 수 있는 발광 다이오드 구동용 반도체 장치, 및 그것을 구비한 발광 다이오드 구동 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명은, 발광 다이오드를 사용한 장치ㆍ기기 전반에 이용 가능하고, 특히 LED 조명 기기로서 유용하다.
발명을 어느 정도 상세하게 바람직한 형태에 대하여 설명했지만, 이 바람직한 형태의 현 개시 내용은 구성의 세부에 있어서 당연히 변화되는 것이며, 각각의 요소의 조합이나 순서의 변화는 청구된 발명의 범위 및 개념을 벗어남이 없이 실현할 수 있는 것이다.

Claims (15)

  1. 전압원으로부터 전원 전압이 인가되는 초크 코일과,
    상기 초크 코일과 직렬로 접속된 1개 이상의 발광 다이오드와,
    일단이 상기 초크 코일에 접속되고, 타단이 상기 발광 다이오드에 접속되어서, 상기 초크 코일에 발생하는 역기전력을 상기 발광 다이오드에 공급하는 다이오드를, 구비한 발광 다이오드 블록을 제어하기 위한 발광 다이오드 구동용 반도체 회로로서,
    상기 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는,
    상기 발광 다이오드와 접속된 제1입력 단자와,
    상기 제1입력 단자 또는 상기 전압원에 일단이 접속된 제1FET와, 상기 제1입력 단자와 접지 전위와의 사이에 접속된 제1스위칭 소자로, 구성되는 스위칭 소자 블록과,
    상기 제1FET의 타단과 접속되어서, 기준 전압을 출력하는 기준 전압 단자와,
    상기 기준 전압이 소정치 이상이면 기동 신호를 출력하고, 상기 기준 전압이 상기 소정치보다도 작으면 정지 신호를 출력하는 기동/정지 회로와,
    상기 제1입력 단자로부터 상기 제1스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 회로와,
    상기 발광 다이오드에 흐르는 전류가 일정하게 되도록, 상기 기동/정지 회로의 출력 신호와 상기 전류 검출 회로의 출력 신호에 따라서, 상기 제1스위칭 소자 를 소정의 발진 주파수에서 단속적으로 온/오프 제어하는 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자 블록은, 상기 제1입력 단자와 접지 전위와의 사이에, 상기 제1FET와 상기 제1스위칭 소자를 직렬로 접속하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자 블록은,
    상기 제1입력 단자와 상기 기준 전압 단자와의 사이에 접속된 상기 제1FET와,
    상기 제1입력 단자와 접지 전위와의 사이에 접속된 상기 제1스위칭 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 상기 전압원의 전원 전압을 입력하는 제2입력 단자를 추가로 구비하고,
    상기 스위칭 소자 블록은,
    상기 제2입력 단자와 상기 기준 전압 단자와의 사이에 접속된 상기 제1FET와,
    상기 제1입력 단자와 접지 전위와의 사이에 접속된 상기 제1스위칭 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1FET와 상기 기준 전압 단자와의 사이에 조정기(regulator)를 구비한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전류 검출 회로는, 상기 제1스위칭 소자의 온(on) 전압을 검출함으로써, 상기 제1스위칭 소자의 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1스위칭 소자에 흐르는 전류에 대하여 일정한 작은 전류비를 갖는 제2스위칭 소자와,
    상기 제2스위칭 소자와 직렬로 접속된 저항을, 상기 제1스위칭 소자와 병렬로, 상기 제1입력 단자와 접지 전위와의 사이에 접속하고,
    상기 전류 검출 회로는, 상기 저항의 양단의 전압을 검출함으로써, 상기 제1스위칭 소자의 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로.
  8. 제1항에 있어서, 상기 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 검출 기준 전압을 입력하는 제3입력 단자를 추가로 구비하고,
    상기 제어 회로는, 외부로부터 상기 제3입력 단자에 입력되는 상기 검출 기 준 전압에 따라서, 상기 제1스위칭 소자의 온 기간을 변경함으로써, 상기 발광 다이오드의 발광 휘도를 조정하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로.
  9. 제1항에 있어서, 상기 발광 다이오드 구동용 반도체 회로는, 상기 제1FET의 저전위측에 접속된 입력 전압 검출 회로를 추가로 구비하고,
    상기 제어 회로는, 상기 입력 전압 검출 회로의 검출 전압이 소정치 이상에서만, 상기 제1스위칭 소자를 단속적으로 온/오프 제어하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전원 전압 또는 상기 발광 다이오드의 출력 전압을 저항을 통하여 입력하는 제4입력 단자를 추가로 구비하고,
    상기 제1FET의 고전위측을 상기 제4입력 단자와 접속하고,
    상기 저항으로써, 상기 입력 전압 검출 회로의 검출 전압을 조정하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 발광 다이오드의 출력 전압을 입력하는 상기 제1입력 단자, 또는 상기 전원 전압을 입력하는 상기 제2입력 단자에 접속된 제2FET와,
    스위치를 절환함으로써 일단이 상기 제1FET 또는 상기 제2FET의 어느 하나와 접속되고, 타단이 상기 조정기와 접속된 절환 스위치 회로를 추가로 구비하고,
    상기 절환 스위치 회로는, 상기 입력 전압 검출 회로의 상기 검출 전압이 소정치보다도 작은 동안 상기 제1FET와 접속하고, 상기 검출 전압이 소정치 이상이 되면 상기 제2FET와 접속하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1스위칭 소자의 온도를 검출하는 과열 보호 회로를 추가로 구비하고,
    상기 제어 회로는, 상기 과열 보호 회로가 검출하는 온도가 소정의 온도보다 높은 경우에, 상기 제1스위칭 소자를 오프(off)하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동용 반도체 회로.
  13. 전압원으로부터 전원 전압이 인가되는 초크 코일과, 상기 초크 코일과 직렬로 접속된 1개 이상의 발광 다이오드와, 일단이 상기 초크 코일에 접속되고, 타단이 상기 발광 다이오드에 접속되어서, 상기 초크 코일에 발생하는 역기전력을 상기 발광 다이오드에 공급하는 다이오드를, 포함하는 발광 다이오드 블록과,
    상기 발광 다이오드 블록을 제어하는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 의한 발광 다이오드 구동용 반도체 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 발광 다이오드 블록은, 상기 발광 다이오드에 역전압이 인가되는 것을 방지하는 역전압 파괴 방지 회로를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 다이오드의 역회복 시간은 100 nsec 이하인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
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