KR20070100638A

KR20070100638A - Ｌｅｄ 제어 회로 및 ｌｅｄ 제어 회로를 위한 방법

Info

Publication number: KR20070100638A
Application number: KR1020070027033A
Authority: KR
Inventors: 알. 볼 알랜; 피. 롭 스테판
Original assignee: 세미컨덕터 콤포넨츠 인더스트리즈 엘엘씨
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2007-10-11
Also published as: CN101052256B; HK1147640A1; TW200739481A; HK1110738A1; KR101415621B1; CN101868102A; CN101868102B; TWI425860B; CN101052256A; US20070236158A1; US7839099B2

Abstract

일 실시예에서, LED 제어 회로는, LED를 통과하는 전류를 제어 신호의 임계값보다 작은 제어 신호의 값에 대해서는 제어 신호에 비례하는 값으로 제어하고, 임계값보다 큰 제어 신호의 값에 대해서는 임계값에 비례하는 값으로 상기 전류를 제어하도록 구성된다.

LED 제어 회로, LED 조명 시스템, 드라이브 신호, 감지 저항, 리미터 회로

Description

ＬＥＤ 제어 회로 및 ＬＥＤ 제어 회로를 위한 방법{LED CONTROL CIRCUIT AND METHOD THEREFOR}

도 1은, 본 발명에 따른 LED 제어기를 갖는 LED 시스템의 일 부분의 일 실시예를 도시하는 개략도.

도 2는, 본 발명에 따른 도 1의 LED 시스템의 신호를 도시하는 그래프.

도 3은, 본 발명에 따른 도 1의 LED 제어기를 포함하는 반도체 장치의 확대 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : LED 조명 시스템

11 : 전력 리턴 단자

12 : 전력 입력 단자

13 : LED

14 : 감지 저항

15 : LED 전류

20 : LED 제어기

23 : 이네이블 입력

24 : 제어 입력

30 : 이네이블 회로

34 : 바이어스 회로

39 : 제어 회로

40 : 리미터 회로

60 : 출력 트랜지스터

본 발명은, 일반적으로 전자공학에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 반도체 장치 및 구조를 형성하는 방법에 관한 것이다.

종래에, 반도체 산업에서는, 발광 다이오드(LED;light emitting diode)용 드라이버 회로를 구성하기 위한 다양한 방법 및 구조가 활용되어 왔다. 일부 LED 드라이버 회로는, 아날로그 제어 신호를 수신하고, LED를 통과하는 전류를 선형으로 변화시키는 아날로그 드라이브 신호를 생성하도록 설계되었다. 이러한 제어 회로의 일 예는, 메인주 사우스 포틀랜드 소재의 페어차일드 반도체사로부터 입수가능한 파트 넘버 FAN5611로 지칭되는 것이 있다. 일부 애플리케이션에서는, LED를 통과하는 전류를 제어하는 다른 방법이 요구된다.

따라서, 제어 신호에 응답해서 하나 이상의 방법으로 LED를 통과하는 전류를 변화시키는 LED 제어기가 요구된다.

도시의 간략화 및 명확성을 위해서, 도면의 소자들은 반드시 크기대로 도시되는 것은 아니며, 상이한 도면들에서 동일한 참조 번호는 동일한 소자를 나타낸다. 부가적으로, 공지된 공정 및 소자에 대한 설명 및 상세는 설명의 간략화를 위해서 생략된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 전류 전달 전극은, MOS 트랜지스터의 소스 또는 드레인, 바이폴라 트랜지스터의 이미터 또는 컬렉터, 또는 다이오드의 음극 또는 양극과 같은, 디바이스를 통해 전류를 전달하는 디바이스 소자를 의미하고, 제어 전극은, MOS 트랜지스터의 게이트 또는 바이폴라 트랜지스터의 베이스와 같은, 디바이스를 통해 전류를 제어하는 디바이스 소자를 의미한다. 본 명세서에서는 디바이스가 임의의 N-채널 또는 P-채널의 디바이스로서 설명되었지만, 당업자는, 본 발명에 따라서 상보성 디바이스도 가능하다는 것을 이해할 것이다. 당업자는, 본 명세서에서 사용되는 단어, 하는 동안(during), 하면서(while), 및 할 때(when)가, 개시 액션에 따라 액션이 즉시 발생하는 것을 의미하는 엄밀한 용어는 아니며, 개시 액션과 개시 액션에 의해 개시되는 반응 사이에 전달 지연과 같이 어느 정도 작고 적당한 지연이 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 1은, 예시적 형태의 LED 제어기(20)를 포함하는 LED 조명 시스템(10)의 일 부분의 실시예를 개략적으로 도시한다. LED 제어기는, LED(13)를 통과하는 LED 전류(15)를, 제어 신호의 임계값보다 작은 제어 신호의 값에 대해서는 제어 신호에 비례하는 값으로 제어하고, 임계값보다 작지 않은 제어 신호의 값에 대해서는 임계값에 비례하는 값으로 전류(15)를 제어하도록 구성된다. 시스템(10)은, 전력 입력 단자(12)와 전력 리턴(return) 단자(11) 사이에서, 전지 또는 다른 dc 전압원으로부터의 DC 입력 전압과 같은 입력 전압으로부터 전력을 공급받는다. LED 전류(15)는 제어기(20)에 의해 제어되어, LED(13)가 광을 발생하도록 LED(13)를 통해 흐른다. 또한, 전류(15)는 보통, 전류(15) 값을 나타내는 감지 신호를 생성하는데 사용되는 감지 저항(14)을 통해 흐른다. 제어기(20) 외부의 저항을 사용함으로써, 상이한 저항값을 사용하여 상이한 값의 전류(15)를 제공할 수 있도록 한다.

제어기(20)는, 제어기(20)를 동작시키기 위한 전력을 공급받기 위해 통상적으로 각 단자(12 및 11)에 접속된 전압 입력(21) 및 전압 리턴(22)을 포함한다. 제어기(20)는 또한 제어 입력(24), 전류 출력(26), 및 감지 입력(27)을 포함한다. 일부 실시예에서, 제어기(20)는 또한, 제어기(20)의 동작을 이네이블(enable) 또는 디세이블(disable)하기 위해 사용되는 이네이블 입력(23)을 포함할 수 있다. 제어기(20)는 이네이블 회로(30), 제어 회로(39), 및 출력 트랜지스터(60)와 같은 통과(pass) 소자를 포함할 수 있다. 제어 회로(39)는 일반적으로, 리미터(limiter) 회로(40), 증폭기(53), 저항(51 및 52)으로 구성된 전압 분할기, 버퍼 저항(41), 및 제어 스위치 또는 트랜지스터(56)를 포함한다. 후술되는 바와 같이, 리미터 회로(40)는, 제어 신호의 임계값에 도달하는 제어 신호를 검출하고, 이에 응하여 전류(15) 값의 증가를 금지시키도록 구성되고, 이에 따라, 임계값보다 큰 제어 신호 값에 대해서는 전류(15) 값을 실질적으로 일정하게 유지시킨다.

이네이블 입력(23)은 제어기(20)의 동작을 이네이블하기 위해서 하이(high)로 올라가는 이네이블 신호를 수신한다. 입력(23)으로부터 하이가 입력되면, 트랜 지스터(33 및 37)의 게이트를 로우로 당기는(pull) 트랜지스터(31)를 이네이블하여, 트랜지스터(33)를 이네이블하고, 트랜지스터(37)를 디세이블한다. 트랜지스터(33)를 이네이블하면, 바이어스 회로(34)에 연결되어, 전력을 공급받고, 바이어스 전류를 제어기(20)의 다른 소자에 공급하기 시작한다. 바이어스 회로(34)에 의해 발생된 바이어스 전류는 동작 바이어스 전류를 공급하는데 사용되어, 회로(39)와 같은 제어기(20)의 다른 소자의 동작을 이네이블한다.

도 2는, 입력(24)에 수신된 제어 신호의 값에 대한 전류(15)를 도시하는 플롯(63)을 갖는 그래프이다. 가로좌표는 제어 신호의 증가하는 값을 나타내고, 세로좌표는 전류(15)의 증가하는 값을 나타낸다. 회로(39)는, 축 교점과 V_th 점 간의 플롯(63)으로 도시되는 바와 같이, 임계값보다 크지 않은 제어 신호 값에 대해 제어 신호 값에 비례하여, 드라이브 LED(13)로의 드라이브 신호를 생성하고, V_th 점의 우측에 플롯(63)으로 도시된 바와 같이, 임계값보다 큰 제어 신호 값에 대해 실질적으로 일정한 값으로 전류(15)를 유지시키도록 구성된다. 제어기(20)는 제어 입력(24)에서 제어 신호를 수신한다. 저항(41)은 내부 노드(42)로부터 입력(24)을 분리시키고, 제어 신호 값을 나타내는 노드(42)에서의 제1 신호를 생성한다. 저항(51 및 52)으로 된 전압 분할기는 노드(42)로부터 제1 신호를 수신하고, 제어 신호 값에 비례하고 이에 따라 제어 신호 값을 나타내는 노드(54)에서의 제2 신호를 생성한다. 임계값(V_th)보다 크지 않은 제어 신호 값에 대해, 노드(42)에서의 제1 신호 값 및 노드(54)에서의 제2 신호 값은 제어 신호의 변동에 비례해서 변화한다. 증폭기(53)는, 노드(54)에서의 제2 신호와 입력(27)에서 수신된 감지 신호 간의 차이를 나타내는 증폭기(53) 출력에서의 드라이브 신호를 생성한다. 노드(54)에서의 제2 신호 값이 감지 신호 값보다 작게 됨에 따라, 증폭기(53)의 출력이 증가하고, 이에 따라, 전류(15) 값이 증가한다. 노드(54)에서의 제2 신호 값이 감지 신호 값보다 크게 됨에 따라, 증폭기(53)의 출력이 증가하고, 이에 따라, 전류(15) 값이 증가한다.

리미터 회로(40)는 임계값(V_th)에 도달하는 제어 신호를 검출하고, 이에 응하여, 전류(15) 값의 증가를 금지시키도록 구성되고, 이에 따라, 전류(15) 값을, 제어 신호의 임계값에 의해 생성된 대응하는 임계 전류(I_th)로 실질적으로 일정하게 유지시킨다. 회로(40)는 전류(15)를, 제어 신호의 임계값(V_th)보다 큰 제어 신호 값에 대해 실질적으로 일정하게 유지시킨다. 도 2에 도시된 리미터 회로(40)의 예시적 예는 저항(44 및 45)으로 구성된 저항 분할기, 증폭기(47), 기준(reference) 발생기 또는 기준(49), 및 트랜지스터(43)와 같은 다른 통과 소자를 포함한다. 입력(24)에서의 제어 신호 값이 임계값에 도달함에 따라, 노드(42)에서의 제1 신호 값도 실질적으로 임계값에 도달한다. 저항(44 및 45)으로 구성된 저항 분할기는, 제1 신호 값을 나타내는, 즉 임계값을 나타내는 제3 신호를 노드(46)에서 생성한다. 기준(49)은 증폭기(47)의 반전 입력에서 기준 신호를 생성하며, 기준 신호는, 제어 신호의 임계값에서 트랜지스터(43)의 임계값을 뺀 대응하는 값에 대해, 저항(41, 44, 및 45)으로 구성된 저항 분할기에 의해 노드(46)에서 생성된 제3 신호 값과 거의 동일하게 구성된다. 입력(24)에서의 제어 신호가 임계값(V_th)에 도달하면, 노드(46)에서의 제3 신호는 기준(49) 값에 도달하여, 증폭기(47)의 출력 값을 트랜지스터(43)를 이네이블하는 값으로 증가시킨다. 제어 신호 값이 임계값을 넘어 증가함에 따라, 증폭기(47)의 출력이 증가하여, 트랜지스터(43)를 더 이네이블시키고, 제1 신호 값이 더 증가하지 못하게 하여, 제1 신호 값이 실질적으로 임계값을 유지하도록 한다. 저항(41)은, 트랜지스터(43)의 영향으로부터 입력(24)에서의 제어 신호를 완충한다. 결과적으로, 증폭기(53)에 의해 수신된 제2 신호 값은, 임계값에 대응하는 값보다 더 큰 값으로 증가되는 것이 방지되어, 전류(15)가 증가하는 것을 방지한다. 입력(24)에서의 제어 신호 값이 임계값보다 크게 증가하더라도, 회로(40)는 제1 및 제2 신호가 임계값에 대응하는 값을 넘어 증가하는 것을 방지하고, 이에 따라, 전류(15)가, 제어 신호의 임계값(V_th)에 대응하는 전류값(I_th)을 넘어 증가하는 것을 방지한다.

입력(24)의 2중 제어 기능으로 인해, 제어기(20)는, 입력(24)에 인가된 아날로그 신호에 응답하여, 또는 입력(24)에 인가된, PWM 신호와 같은 디지털 신호에 응답하여 전류(15)를 제어하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 리턴(22) 값과 제어 신호의 임계 전압 사이에서 변하는 아날로그 신호가, 제어 신호 값에 응답해서 아날로그 방식으로 전류(15)를 제어하는데 사용될 수 있다. 따라서, 제어 신호의 아날로그 값은 전류(15) 값 및 LED(13)의 휘도를 아날로그 방식으로 제어한다. 또한, 리턴(22) 값과, 제어 신호의 임계값보다 큰 값 사이에서 변하는 디지털 신호가 전류(15)를 디지털 방식으로 제어하는데 사용될 수 있다. 디지털 제어 신호의 로우(low)값에서, 전류(15)는 실질적으로 0이 될 수 있고, 제어 신호의 하이(high)값에서, 전류(15)는 최대값이 되어, LED(13)의 휘도는 실질적으로 밝기 0과 최대 밝기 사이에서 디지털 방식으로 변할 것이다. 도시된 바와 같이, 디지털 제어 신호의 듀티 주기(duty cycle)는 전류(15)의 평균값 및 LED(13)의 휘도를 제어하는데 사용될 수 있다. 이러한 제어 기능은, 아날로그 제어 신호 및 PWM 제어 신호 둘 다에 대해, 유사한 전류(15) 값, 이에 따라, 유사한 LED(13)의 광 강도를 얻는 것을 용이하게 한다. 예를 들어, 리턴(22) 값과 임계값의 거의 중간인 아날로그 신호는 전류(15) 값, 및 최대값의 거의 1/2인 대응하는 광 강도를 제공한다. 유사한 광 강도가, 약 50%의 듀티 주기를 갖는 PWM 제어 신호에 의해 얻어질 수 있다.

제어기(20)의 이러한 기능을 구현하기 위해서, 입력(24)은, 노드(42)에 접속된 제2 단자를 갖는 저항(41)의 제1 단자에 접속된다. 저항(51)의 제1 단자는 노드(42)에 접속되고, 제2 단자는 증폭기(53)의 반전 입력 및 저항(52)의 제1 단자에 공통으로 접속된다. 저항(52)의 제2 단자는 리턴(22)에 접속된다. 저항(44)의 제1 단자는 노드(42)에 접속되고, 제2 단자는 증폭기(47)의 비-반전 입력 및 저항(45)의 제1 단자에 공통으로 접속된다. 저항(45)의 제2 단자는 리턴(22)에 접속된다. 증폭기(47)의 반전 입력은 기준(49)의 출력에 접속된다. 증폭기(47)의 출력은 트랜지스터(43)의 게이트에 접속되고, 트랜지스터(43)의 드레인은 노드(42)에 접속되고, 소스는 리턴(22)에 접속된다. 증폭기(53)의 비-반전 입력은 입력(27) 및 트랜지스터(60)의 소스에 접속된다. 증폭기(53)의 출력은 트랜지스터(56)의 게 이트에 접속된다. 트랜지스터(56)의 드레인은 트랜지스터(60)의 게이트, 및 저항(36)을 통해 바이어스 회로(34)의 출력에 공통적으로 접속된다. 트랜지스터(56)의 소스는 리턴(22)에 접속된다. 트랜지스터(60)의 드레인은 출력(26)에 접속된다. 트랜지스터(43)가 리턴(22)으로부터의 기준 신호에 접속되는 것으로 도시되었지만, 트랜지스터(43)는, 제어 신호의 임계값에 대응하는 제3 신호 값보다 작은 값을 갖는 임의의 기준 신호에 접속될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 당업자는, 일부 실시예에서 트랜지스터(60)가 제어기(20)의 외부에 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 부가적으로, 당업자는, 제어기(20)가 LED(13)에 더하여 임의의 다른 전류 동작 장치를 제어하는데 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 3은, 반도체 다이(66)에 형성된 반도체 장치 또는 집적 회로(65)의 일 실시예의 일 부분의 확대 평면도를 개략적으로 도시한다. 제어기(20)는 다이(66)상에 형성된다. 다이(66)는 또한, 도면의 간략화를 위해서 도 3에 도시되지 않은 다른 회로를 포함할 수 있다. 제어기(20) 및 장치 또는 집적 회로(65)는, 당업자에게 잘 공지된 반도체 제조 기술에 의해 다이(66)상에 형성된다. 일 실시예에서, 제어기(20)는, 출력(26), 리턴(22), 및 입력(21, 23, 24, 및 27)용 리드 접속으로 도시된 6개의 외부 리드를 갖는 집적 회로로서 반도체 기판상에 형성된다.

상술한 모든 내용으로부터, 새로운 장치 및 방법이 명백하게 개시된다. 다른 특징들 중에서 특히, 제어 신호가 임계값을 넘어 증가함에 따라, 출력 전류를 일정하게 유지시키는 제어기를 형성하는 특징이 포함된다.

본 발명의 주제가 특정의 양호한 실시예를 통해서 기술되었지만, 다수의 대 체예 및 변형예가 존재한다는 것은 반도체 분야의 당업자에게 명백한 것이다. 예를 들어, 트랜지스터(43)가 리턴(22)으로부터의 기준 신호에 접속하는 것으로 도시되었지만, 트랜지스터(43)는 임계값보다 작은 값을 갖는 임의의 기준 전압에 접속될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 부가적으로, 리미터 회로(40)는, 제어 신호가 임계값에 도달한 후에 리미터 회로가 전류(15)의 증가를 금지하는 다른 구현들을 포함할 수 있다. 또한, 용어 "접속된(connected)"이 설명의 명료성을 위해서 전체적으로 사용되지만, 이는 용어 "연결된(coupled)"과 동일한 의미를 갖는 것이다. 따라서, "접속된"은 직접 접속 또는 간접 접속 중 하나를 포함하는 것으로서 이해되어야 한다.

본 발명은, 제어 신호가 임계값을 넘어 증가하는 경우, 출력 전류를 일정하게 유지시키는 LED 제어기를 제공한다.

Claims

제어값을 갖는 제어 신호를 수신하도록 구성된 입력; 및

상기 제어값에 응답해서 LED를 구동하기 위한 드라이브 신호를 생성하도록 구성된 출력

을 포함하고,

상기 드라이브 신호의 드라이브 값은, 임계값보다 크지 않은 제어값에 대해서는 상기 제어 신호의 제어값에 비례하고, 상기 임계값보다 큰 상기 제어 신호의 제어값에 대해서는 상기 임계값에 비례하는 LED 제어 회로.
제어 신호를 수신하도록 LED 제어 회로의 입력을 구성하는 단계; 및

상기 제어 신호의 임계값보다 작은 상기 제어 신호의 값에 대해서는, LED를 통과하는 전류를 상기 제어 신호에 비례하는 값으로 제어하고, 상기 임계값보다 작지 않은 상기 제어 신호의 값에 대해서는, 상기 전류를 상기 임계값에 비례하는 값으로 제어하기 위한 드라이브 신호를 생성하도록 상기 LED 제어 회로를 구성하는 단계

를 포함하는 LED 제어 회로 형성 방법.
제2항에 있어서,

상기 드라이브 신호를 생성하도록 상기 LED 제어 회로를 구성하는 단계는, 상기 제어 신호의 임계값보다 작지 않은 제어 신호 값에 대해서는, 상기 드라이브 신호의 값이 증가하는 것을 금지하도록 리미팅(limiting) 회로를 구성하는 단계를 포함하는 방법.
제3항에 있어서,

상기 드라이브 신호의 값이 증가하는 것을 금지하도록 상기 리미팅 회로를 구성하는 단계는,

상기 제어 신호를 나타내는 제1 신호를 생성하도록 상기 LED 제어 회로를 구성하는 단계, 및

상기 제어 신호의 임계값을 수신하는 것에 응답하여 상기 제1 신호가 증가하는 것을 금지하도록 상기 리미팅 회로를 구성하는 단계

를 포함하는 방법.
제어 신호를 수신하도록 구성된 제1 입력;

상기 제어 신호를 나타내는 제1 신호를 수신하도록 접속된 제1 입력, 제1 기준(reference) 신호를 수신하도록 접속된 제2 입력, 및 출력을 갖는 증폭기; 및

상기 제1 신호를 수신하도록 접속된 제1 전류 전달 전극, 상기 제1 기준 신호보다 작은 제2 기준 신호에 접속된 제2 전류 전달 전극, 및 상기 증폭기의 출력을 수신하도록 접속된 제어 전극을 갖는 트랜지스터

를 포함하는 전류 제어 회로.