KR20080032008A - 발광 다이오드(ｌｅｄ) 구동을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

발광 다이오드(ｌｅｄ) 구동을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR20080032008A
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게젤 곤잘레스 가르시아
스테판 웨슬리 마샬
스티븐 먼로 펜
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텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드
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Abstract

LED 구동의 효율성을 증진시키기 위한 시스템 및 방법이다. 선호되는 실시예는 전류 제어 신호 입력에 연결되며, 전류 제어 신호 입력상의 전압의 크기에 기초하여 LED에 제공되는 다량의 전류를 제어하기 위한 상기 스위치 전류 조정기, 위 스위치 전류 조정기 및 LED에 연결되며, LED에 전류를 제공하기 위한 스위칭 전압 조정기 및 위 스위치 전류 조정기, LED 및 신호 피드백 회로에 연결되며, 스위치 전류 조정기 및 LED에 관계된 상태 정보를 측정하며, 제어기에 이 정보를 제공하는 센서로서, 이 상태 정보는 전류 제어 신호 입력상의 전류를 조절하기 위해 사용될 수 있는 센서를 포함한다.
Figure P1020087005575
발광 다이오드, LED, 구동 회로, 디지털 마이크로거울, 구동 트랜지스터, 스트로브 신호

Description

발광 다이오드(ＬＥＤ) 구동을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DRIVING LIGHT-EMITTING DIODES(LEDS)}
본 발명은 디스플레이 시스템을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 LED 구동의 효율성을 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
프로젝션 디스플레이 시스템은 통상적으로 디스플레이 스크린상에 이미지(또는 연속된 이미지)를 투사하기 위한 필수적인 빛을 제공하기 위해 초고압(ultra-high pressure; UHP) 아크 램프를 사용해 왔다. UHP 아크 램프는 적절한 밝기를 제공하고 긴 수명을 갖는다. 불행하게도, UHP 아크 램프는 많은 양의 전력을 소모하고 많은 열을 발생시킨다.
최근에 LED는, 특히 다수의 LED가 조합되어 사용될 때 UHP 아크 램프와 경쟁할 수 있는 세기 레벨의 빛을 생성할 수 있는 제품이 판매되고 있다. UHP 아크 램프는 넓은 스펙트럼 빛을 생성하는 반면, LED는 특정 색깔의 빛을 생성하는 좁은 스펙트럼의 LED를 사용할 수 있다는 점에서 장점을 갖는다. 또한 LED는 UHP 아크 램프에 비해 전력을 적게 소모하고 열을 덜 생성한다. 더 나아가, LED는 UHP 아크 램프에 비해 일반적으로 더 긴 수명을 갖는다.
종래 기술에서 하나의 단점은, LED는 UHP 아크 램프에 비해 더 비쌀 수 있다 는 것이다. 이는 LED의 좁은 스펙트럼 특성 및 낮은 광출력 레벨로 인해 단일 UHP 아크 램프를 대체하기 위하여 복수개의 LED가 필요하다는 사실에 의해 더욱 큰 단점이 된다. 이는 잠재적 신뢰도의 하락 이외에 더 비싸고 더 복잡한 디스플레이 시스템으로 이어진다.
종래 기술의 두 번째 단점은, 동작 수명 및 광출력을 증가시키는 것뿐만 아니라 LED의 전력 소모를 최적화시키기 위해서, LED는 단순하게 턴온되지 못한다 점이다. LED를 위한 구동 전류는 모니터링 및 변조, 조정이 필요할 수 있다. 그러므로, LED의 구동 전류를 제어하기 위해 구동 회로가 필요할 수 있다. 이는 더욱 비싸고 복잡한 디스플레이 시스템이 되게 한다.
이 문제 및 다른 문제는 LED 구동의 효율성을 증진시키는 장치 및 방법을 제공함으로써, 본 발명의 선호되는 실시예에 의해 일반적으로 해결되고 회피되며, 기술적 장점들을 이룰 수 있다.
발명의 선호되는 실시예에 따르면, 회로가 제공된다. 회로는 전류 제어 신호 입력에 연결된 스위치 전류 조정기를 구비한다. 스위치 전류 조정기는 전류 제어 신호 입력상의 전압의 크기에 기초하여 발광 다이오드에 제공되는 전류를 제어한다. 회로는 또한 스위치 전류 조정기 및 LED에 연결된 스위칭 전압 조정기를 포함한다. 스위칭 전압 조정기는 LED에 전류를 제공한다. 회로는 스위치 전류 조정기, LED 및 신호 피드백 회로에 연결된 센서를 더 구비한다. 센서는 스위치 전류 조정기 및 LED에 관한 상태 정보를 측정하고, 이 상태 정보를 신호 피드백 회로를 통해 제어기에 제공한다. 제어기에서, 이 상태 정보는 전류 제어 신호 입력상의 전압을 조절하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 선호되는 실시예에, 디스플레이 시스템이 제공된다. 디스플레이 시스템은 광원, 디스플레이 디바이스 및 제어기를 구비한다. 광원은 발광 다이오드(LED) 및 LED 구동 회로를 구비할 수 있으며, LED 구동 회로는 전류 제어 신호 입력에 연결된 스위치 전류 조정기를 포함한다. 스위치 전류 조정기는 전류 제어 신호 입력의 크기에 기초하여 발광 다이오드에 제공되는 전류를 제어한다. 회로는 또한 스위치 전류 조정기 및 LED에 연결되는 스위칭 전압 조정기를 구비한다. 스위칭 전압 조정기는 LED에 전류를 제공한다. 회로는 스위치 전류 조정기, LED 및 신호 피드백 회로에 연결된 센서를 더 포함한다. 이 센서는 스위치 전류 조정기 및 LED에 대한 상태 정보를 측정하고 이 상태 정보를 신호 피드백 회로를 통해 제공한다. 디스플레이 디바이스는 제어기가 LED 구동 회로의 센서로부터 상태 정보를 수신하는 동안, 메모리에 저장된 이미지 데이터를 디스플레이하고, 전류 제어 신호 입력 상의 전류의 크기를 조절하며 디스플레이 디바이스에 의해 이미지 데이터의 디스플레이를 제어한다.
본 발명의 다른 선호되는 실시예에 따르면, LED를 조명하는(illuminate) 방법이 제공된다. LED 구동 회로가 활성화될 때 상태 정보를 감지하는 단계, 상태 정보를 제어기에 제공하는 단계; 상태 정보에 기초하여 LED 구동 회로의 출력 전압을 조절하기 위한 명령을 LED 구동 회로로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 선호되는 실시예의 장점은 LED를 위한 전류원 회로가, 필요한 LED 광출력 레벨을 맞추기 위해 최소한의 열 손실 요구 조건으로 동작된다는 점이다. 그러므로, 이는 보다 효율적인 전력 공급, 감소된 전력 소비, LED의 구동회로를 위한 연장된 사용 수명 등의 장점을 갖는다.
본 발명의 선호되는 실시예의 다른 장점은 원하는 레벨까지 LED의 광출력 레벨을 빠르게 낮추는 것이 가능하다는 점이다. 이로써 복수의 이미지들 사이에서 광출력 레벨이 천천히 변화하지 않고, 디스플레이 시스템에 의해 디스플레이되는 빠르게 변하는 이미지들 사이에서 광출력 레벨을 변화시킬 수 있다. 이는 전력 소비뿐만 아니라 이미지 품질의 향상된 제어를 가능하게 한다.
도 1은 예시적 디스플레이 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 LED가 빛을 제공하기 위해 사용되는 디스플레이 시스템의 지원 하드웨어를 탑재하는 예시적인 광원을 도시하는 도면.
도 3은 디스플레이 시스템의 지원 하드웨어를 갖추며, 본 발명의 선호되는 실시예에 따라 지원 하드웨어는 파워 손실을 최적화시켜주는 광원을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 선호되는 실시예에 따른 예시적인 LED 구동 회로을 도시하는 도면.
도 5a 및 5b는 본 발명의 선호되는 실시예에 따른, LED 구동 회로의 동작을 기술하는 단계의 흐름도.
본 발명은 구체적 환경, 즉 광원으로서 LED를 사용하는 디스플레이 시스템으로 제시되는 선호되는 실시예에 따라 기술되었다. 하지만 본 발명은 또한 광표지(light beacon), 도로 경고 사인, 빛 등의 전력 소비를 최적화하고 제품 수명을 최대화하기 위해, 많은 양의 전류를 소비하는 고 광출력 LED를 효율적으로 제공하는 것이 필요한 다른 응용예에도 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, LED가 공간 광조정기(spatial light modulator; SLM)에 의해 사용되기 위한 빛을 제공하도록 사용되는 예시적인 디스플레이 시스템(100)을 설명하는 도면이 나타나 있다. 디스플레이 시스템(100)은 하나 이상의 LED를 포함할 수 있는 광원(110)에 의해 제공되는 빛을 변조하기 위해 디지털 마이크로미러 디바이스(digital micromirror device; DMD) 등의 SLM(105)을 사용한다. SLM(105)으로부터 반사된 빛은 디스플레이 스크린(115) 상에 디스플레이될 수 있다. 제어기(120)는 SLM(105), 광원(110) 및 메모리(125)의 동작을 제어할 수 있다. 메모리(125)는 SLM(105)에 제공될 수 있는 이미지 데이터(디스플레이 시스템(100)에 의해 디스플레이되는 이미지 등)를 버퍼링할 수 있다. 이미지 데이터는 DMD의 마이크로미러, SLM(105) 등의 광변조기의 상태를 설정하는데 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 빛을 제공하기 위해 하나 이상의 LED가 사용되는 디스플레이 시스템의 지원 하드웨어를 갖춘 예시적 광원의 보기를 나타내는 도면이 나타나있다. 도 2에 나타난 도면은 디스플레이 시스템(100)(도 1)의 빛 발생 부분의 상세 보기일 수 있다. 디스플레이 시스템을 위한 빛을 발생시키기 위해 LED를 사용하는 두 가지 현저한 장점은 LED는 턴온 및 턴오프가 빠르게 이루어질 수 있으며, 상이한 세기 레벨의 빛을 발생시킬 수 잇다는 점이다. 상이한 세기 레벨의 빛을 발생시키는 능력과 빠르게 턴온 및 턴오프시키는 능력의 조합은, 화면의 품질을 최적화시키기 위해 디스플레이되는 이미지의 색상 및 색조를 조정하는 능력의 제공 이외에 비트-깊이(bit-depth) 및 디스플레이 시스템의 대비율(contrast ratio)을 증가시켜, 디스플레이 시스템의 이미지 품질을 상승시키는데 도움이 될 수 있다.
LED를 제어하기 위해, LED 구동 회로(205)는 LED(110)를 조명하는데 사용되는 구동 전류를 조정하기 위해 필요할 수 있다. 제어기(120) 및 LED(110) 사이에 연결된 LED 구동 회로(205)는, 제어기(120)에 의해 제공된 LED 명령을 취하고, 이를 LED(110)로 제공되는 구동 전류로 번역하는(translate) 적절한 지능을 갖고 있을 수 있다. 예를 들어, 제어기(120)는 LED(110)를 턴온시키기 위한 명령을 발생시킬 수 있고, LED 구동 회로(205)는 LED(110)를 조명하기 위해 구동 전류를 턴온시킬 수 있다. 만약, 제어기(120)가 LED 광출력 세기를 50%로 감소시키기 위해 명령을 발생시키면, LED 구동 회로(205)는 LED 광출력 세기를 50%로 감소시키기 위해 필요한 양, 즉 LED(110)의 특성에 의존한 구동 전류의 감소폭만큼 구동 전류를 줄일 수 있다. LED 구동 회로(205)에 의해 제공되는 구동 전류는 크기에 의해 LED(110)의 발광(illumination)을 제어하는 단순한 신호가 아닐 수도 있다. 예를 들어, 구동 회로는, LED(110)에 제공되는 신호 펄스의 폭(듀티 사이클)에 의해 발광을 제어하는 PWM(pulse width modulated) 신호일 수 있다. 다른 방법으로, LED 구동 회로(205)는 상대적으로 간결할 수 있고 제어기(120)가 LED(110)을 조명하는데 사용되는 실제 구동 신호를 제공하도록 요구할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 선호되는 실시예에 따라, 전력 손실을 최적화시키는 디스플레이 시스템의 지원 하드웨어를 갖춘 광원을 설명하는 도면이 나타나 있다. 도 3에 나타난 도면은, 디스플레이 시스템(100)(도 1)의 빛 발생 부분의 상세 보기일 수 있다. 재료 및 제조 공정의 변형에 의해, 이상적으로 동작하고 행동하는 LED 및 구동 회로(트랜지스터 등)를 생산할 수 없을 수 있다. 그러므로, 미리 프로그램된 구동 신호, 전압 및 전류 크기 등의 사용으로서 최적화된 열 손실 및 광 출력 레벨의 결과를 낳지 않을 수 있어서, 전압 및 전류 크기를 모니터링하고 필수적인 조정을 반드시 해야할 수 있다.
도 3에 나타난 도면은 LED 구동 회로(305)를 통해 제어기(120)에 의해 제공되는 LED 명령에 의해 구동될 수 있는 LED(110)를 설명한다. LED 구동 회로(305)는 LED 명령을 제어기(120)로부터 LED(110)를 조명하기 위해 사용될 수 있는구동 회로로 번역할 수 있다. 센서(들)(310)는 LED(110)의 전압 및 전류 크기, 온도 등, 구동 전류, 구동 회로 등을 탐지하고, LED(110)의 동작을 최적화시키기 위해 구동 전류에 필수적인 조정을 할 수 있는 LED 구동 회로(305)로 정보를 피드백하는데 사용될 수 있다. 센서(310)로부터의 피드백 정보는 LED 구동 회로(305)에 의해 직접 사용될 수 있거나, 구동 전류에 필수적인 조정을 하기 위해 LED 구동 회로(305)로 추가적인 LED 명령을 발생시킬 수 있는 제어기(120)에 제공될 수 있다. 예를 들어 센서(310)는, 동작 수명을 줄일 수 있는 LED(110)의 과열을 방지하기 위해 LED(110)의 동작 온도를 탐지할 수 있고, 센서(310)는 구동 트랜지스터가 최소의 손실로 전류 소스 모드에서 동작하고 있는지 확실하게 하기 위해 LED 구동 회 로(305)의 구동 트랜지스터 양단의 전압을 탐지할 수 있다. 또한, 센서(310)는 LED 전류 및 LED 전압 등의 LED(110)에 관한 다른 상태 정보를 탐지할 수 있다. 이 상태 정보는 역시 LED 구동 회로(305)를 조정하는데 사용될 수 있다. 더 나아가, 센서(310)는 또한 전류를 LED(110)에 제공하는데 사용되는 트랜지스터(들)에 대한 상태 정보 및 LED 구동 회로(305)를 조정하는데 사용되는 상태 정보를 탐지하는데 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 선호되는 실시예에 따른 예시적인 LED 구동 회로(400)의 상세한 보기를 나타내는 도면이 나타나 있다. 도 4의 LED 구동 회로(400)는 LED 구동 회로(305)(도 3)의 구현일 수 있다. LED 구동 회로(400)는 제어기(120; 도 3)와 같은 제어기 및 LED 구동 회로(400) 사이의 중간 매개(intermediary)로서 작동하는 버스 인터페이스 유닛(405)을 구비한다. 버스 인터페이스 유닛(405)은 통신 버스 상에서 데이터 및 명령을 송신하고 수신할 수 있다. 통신 버스는 병렬 또는 직렬 통신 버스일 수 있는데, 도 4에는 직렬 통신 버스가 도시되어 있다. 제어기(120)로부터의 명령은 DAC(digital-to-analog converter; 410)에 의해 구동 신호의 표시로 변환될 수 있다. 구동 신호의 표시는 LED(110)에 제공되며 연산증폭기(415)의 바람직하게는 플러스 단자로 제공될 수 있는 구동 신호를 제어하는데 사용될 수 있으며, 이 연산증폭기(415)의 출력은 트랜지스터(420)의 게이트 단자에 연결된다. 연산증폭기(415)의 마이너스 단자는 전류 제어 폐루프(closed loop)를 형성하기 위해 트랜지스터(420)의 소스 단자 및 저항(481)으로 연결될 수 있다. 연산증폭기(481)의 증폭된 출력은 트랜지스터(420) 의 상태를 제어하여, 플러스 단자 전압에 오프셋 전압을 뺀 값이 마이너스 단자의 전압과 같아지도록 유지할 수 있다. LED(110)에 제공되는 전류는 연산 증폭기(415)의 마이너스 단자의 전압을 저항(481)의 저항값으로 나눈 값과 실질적으로 동일할 수 있다. 본 발명의 선호되는 실시예에 따르면, 트랜지스터(420)는 고 전력 트랜지스터, 바람직하게는 전계 효과 트랜지스터(FET)로 구현될 수 있다. 트랜지스터(420)의 높은 전력 요구로 인해, 트랜지스터(420)를 LED 구동 회로(400)로서 동일한 집적 회로에 통합할 수 없을 것이다. 선호되는 실시예는 트랜지스터(420)를 대형 열 싱크(heat sink)에 부착된 독립형 장치로서 구현할 수 있다.
DAC(410) 및 연산 증폭기(415) 사이에 접속된 것은 저항 디바이더 네트워크(425)일 수 있다. 저항 디바이더 네트워크(425)는 제1 저항(426) 및 제2 저항(427)을 포함하며, 제1 저항(426)은 DAC(410) 및 연산 증폭기(415) 사이에 직렬로 배열되며, 제2 저항(427)은 제1 저항에 병렬로 배열된다. 만약, 제1 저항(426) 및 제2 저항(427)이 실질적으로 같은 저항값을 갖는다면, 저항 디바이더 네트워크(425)는 DAC(410)의 출력 전류를 거의 즉시 절반으로 나누는데 사용될 수 있다. 디스플레이 시스템에서, 이 기능은 비트 깊이의 추가 비트를 덧붙일 수 있도록 하여 이미지 품질을 높인다. 트랜지스터(432)에 연결되는 반전류입력(HCUR)(430)은 저항 디바이더 네트워크(425)를 스위치 온/오프할 수 있다. 본 발명의 다른 선호되는 실시예에 따르면, 더 정교한 저항 디바이더 네트워크가 저항 디바이더 네트워크(425)를 대신하여 사용될 수 있고, DAC(410)의 전류를 복수의 레벨로 거의 즉시 감소시킬 수 있다. 이는 하나 이상의 비트-깊이를 디스플레이 시스템에 추가하도 록 할 수 있다.
본 발명의 선호되는 실시예에 따르면, LED(110)에 연속적인 전류를 제공하기보다, 구동 전류는 정교한 방법으로 보다 손쉽게 제어될 수 있는 펄스(또는 스트로브)로서 제공된다. 스트로브 입력"STRB"(435)은 DAC(410)의 출력으로부터 LED(110)로 흐르는 전류를 효과적으로 펄스화하는데 사용될 수 있다. 인버터(437)는 스트로브 입력"STRB"(435)을 DAC(410)의 출력에 병렬로 연결된 트랜지스터(439)의 게이트 단자에 연결시킬 수 있다. 이에 따라 트랜지스터(439)는 DAC(410)의 출력을 전기적 접지로 연결시킬 수 있고, 전기적 접지에 전류가 흐르는 경로를 제공한다. DAC(410)의 출력에 연결되는 것 이외에, 스트로브 입력"STRB"(435)은 스위칭 전압 조정기(440), LED 전류 팔로우 앤드 홀드 유닛(LED current follow and hold unit; 445), FET 헤드룸 팔로우 앤드 홀드 유닛(FET headroom follow and hold unit; 450) 및 LED 전압 팔로우 앤드 홀드 유닛(LED voltage follow and hold unit; 455)에 연결될 수 있다. 스트로브 입력"STRB"(435)은 이러한 유닛을 위한 인에이블 회로로서 기능할 수 있다. 즉, 스트로브 입력"STRB"(435)이 활성화되면, 이에 연결된 유닛은 인에이블링될 수 있다.
스위칭 전압 조정기(440)는 다수의 상이한 레벨의 전압을 제공할 수 있고, 이들 각각은 LED 구동 회로(400)의 설계자에 의해 프로그램될 수 있다. 스위칭 전압 조정기(440)는 스트로브 입력"STRB"(435) 및 FET 헤드룸 전압을 기초로 전압 레벨을 조정할 수 있다. 스트로브 입력"STRB"(435)이 활성화되지 않는 경우, 스위칭 전압 조정기는 이전에 조정된 레벨의 전압을 유지할 수 있다. 세 가지 팔로우 앤 드 홀드 유닛(LED 전류 팔로우 앤드 홀드 유닛(445), FET 헤드룸 팔로우 앤드 홀드 유닛(450) 및 LED 전압 흐름 홀드 유닛(455))은 기본적으로 스트로브 입력"STRB"(435)이 활성화되는 때 입력에서의 값을 샘플링하고 홀드시키도록 재구성된 샘플링 홀드 회로(sample and hold circuit)일 수 있다. LED 전류 팔로우 앤드 홀드 유닛(445)은 LED(110)에 의해 흐르게 되는 전류를 나타낼 수 있는 값을 유지하고, FET 헤드룸 팔로우 앤드 홀드 유닛(450)은 트랜지스터(420)의 소스 및 드레인 단자 양단의 전압 강하를 나타낼 수 있는 값을 유지하며, LED 전압 팔로우 앤드 홀드 유닛(445)은 LED(110)의 어노드 및 캐소드 단자 양단의 전압 강하를 나타낼 수 있는 값을 유지한다.
각각의 세 가지 팔로우 앤드 홀드 유닛은, 다중 송신 ADC(multiplexing analogue to digital converter; 460)에 연결될 수 있는 출력을 가지며, 이 다중 송신 ADC(460)는 그것의 복수의 입력에서의 신호를 버스 인터페이스(405)로 제공될 수 있는 그것의 디지털 표시로 변환하는데 사용될 수 있다. LED 전류 팔로우 앤드 홀드 유닛(445), FET 헤드룸 팔로우 앤드 홀드 유닛(450) 및 LED 전압 흐름 홀드 유닛(455)에 의해 유지되는 값과 같은, 다중 송신 ADC(460)의 입력에서의 신호의 디지털 표시는 제어기(120)로 통신될 수 있다. 이에 따라, 제어기(120)는, 트랜지스터(420), LED(110)의 광출력 등의 열 손실을 최적화시키기 위해 LED(110)의 구동 전류에 임의의 필수적인 조정을 하기 위한 LED 명령을 생성할 수 있다. FET 헤드룸 팔로우 앤드 홀드 유닛(450)의 출력은 또한 스위칭 전압 조정기(440)에 제공되어, 전압 레벨을 조정하는데 사용될 수 있다.
각각의 세 가지 팔로우 앤드 홀드 유닛은 연산 증폭기의 출력을 입력으로서 받는다. 제1 연산자(447)의 출력은 LED 전류 팔로우 앤드 홀드 유닛(445)의 입력으로 제공된다. 제1 연산자(447)는 저항(481)에 걸친 전위를 측정하는데 사용될 수 있다. 저항(481)에 걸친 전압 강하는 LED(110)에 의해 끌어 당겨진 전류를 나타낸다. 제2 연산 증폭기(452)의 출력은 FET 헤드룸 팔로우 앤드 홀드 유닛(450)의 입력이 된다. 제2 연산 증폭기(452)는 트랜지스터(420)의 서로 다른 단자의 전위를 측정하는데 사용될 수 있고, 트랜지스터(420)의 소스 및 드레인 단자에 걸친 전압 강하를 나타낼 수 있다. 제3 연산 증폭기(457)는 커패시터(471) 양단의 전위를 측정하고, LED(110)의 전압 강하를 나타내는데 사용될 수 있다.
LED 전류, LED 전압, FET 전압과 같은 정보를 제공하는 세 가지 팔로우 앤드 홀드 유닛에 더하여, 온도 센서(미도시)가 LED(110)의 동작 온도를 모니터링하는데 사용될 수 있다. 온도 센서는 온도 센서 신호 입력(TMPSEN; 464)을 통해 LED 구동 회로(400)로 온도 정보를 제공할 수 있다. 그러면, 온도 정보는 제어기(120)로 통신되기 위해 다중 송신 ADC(460)에 의해 디지털화될 수 있고, 제어기 내에서 온도 정보는 트랜지스터(420), LED(110)의 광출력 등의 열 손실을 최적화시키기 위하여, LED(110)의 구동 전류에 임의의 필수적인 조정이 이루어지도록 사용될 수 있다.
스위칭 전압 조정기(440)는 LED(110)에 조정된 전압을 제공하기 위해 사용될 수 있고, LED(110)에 구동 전류를 제공하기 위해 사용되는 적어도 네 개의 회로 접속을 포함할 수 있다. 스위칭 전압 조정기(440)의 제1 출력(465)은 스위칭 전압 조정기(440)의 출력에서 스위칭 전압 조정기(440)로의 입력 전압과 실질적으로 동 일한 전위를 단순히 제공할 수 있다. 제1 출력(465)은 플러스 LED 전압 공급(+LED SUPPLY)에 연결될 수 있다. 스위칭 전압 조정기(440)는 스위칭 전압 조정기(440)에 의해 사용될 수 있는 피드백 감지 접속(466)을 포함하여, LED(110)에 구동 전류를 공급하는데 사용되는 회로 내의 전류를 모니터링할 수 있다. 피드백 감지 접속(466)은 통상 감지 저항으로 불리는 저항(470) 양단의 전압 강하를 측정할 수 있다.
제2 출력(472)은 트랜지스터(475)를 스위치 온/오프하는데 사용될 수 있다. 트랜지스터(475)의 스위칭 온/오프는 입력 전압(+LED SUPPLY)을 LED(110)의 어노드 단자에서 요구되는 레벨로 줄일 수 있다. 제3 출력(473)은 트랜지스터(476)의 스위칭 온/오프에 사용될 수 있다. 제2 출력(472)이 트랜지스터(475)를 스위칭 온 시킨 경우, 제3 출력(473)은 트랜지스터(476)를 스위칭 오프시키며, 반대의 경우 또한 같다. 트랜지스터(475) 및 트랜지스터(476)는 교대로 동기화 정류(synchronous rectification) 작용을 제공하며 최대의 효율성을 제공한다. 본 발명의 선호되는 실시예에 따르면, 트랜지스터(475) 및 트랜지스터(476)의 듀티 사이클은 출력 전압대 입력 전압의 비에 의존한다.
트랜지스터(475) 및 트랜지스터(476) 사이에서 일어나는 스위칭시에, +LED SUPPLY는 잠시 인덕터(480)에 연결되어, 인덕터(480)가 자기장에 에너지를 저장하도록 할 수 있다. 인덕터(480)의 자기장에 저장된 에너지는 구동 전류를 LED(110)로 제공하는데 사용될 수 있다. 이 구동 전류는 LED의 어노드 단자를 통해 LED(110)에 제공될 수 있다. LED(110)에 의해 흐르게 되는 구동 전류는 전류 감지 피드백을 사용하여 트랜지스터(420) 및 저항(481)을 통하는 전류 경로에 의해 마이너스 전원 공급(-LED SUPPLY) 또는 전기적 접지로 흐르도록 조정될 수 있으며, 트랜지스터(420)는 전류 감지 피드백을 사용하여 구동 전류를 조정하기 위해 사용된다.
도 5a 및 5b에, 본 발명의 선호되는 실시예에 따라 LED 구동 회로의 동작을 기술하는 동작(500)의 흐름을 설명하는 도면이 나타나 있다. 도 5a에 나타난 동작(500)의 흐름은 LED 구동 회로(305; 도 3)와 같은 LED 구동 회로의 동작을 설명할 수 있다. 이 LED 구동 회로(305)는 LED 구동 회로(305)에 의해 구동되는 LED(들)가 최대 광출력 및 최소 전력 손실을 확실하게 제공하도록 센서(도 3 등의)를 사용하여, 출력 전압을 조정한다.
LED 구동 회로(305)의 동작은 펄스화(또는 스트로브화)되어 있기 때문에, LED 구동 회로(305)의 펄스 제어 동작이 활성화되거나 LED 구동 회로(305)가 스트로브된 경우에만 (예를 들어, 도 4에 나타난) LED 구동 회로(305)는 LED(110; 도 1)과 같은 LED를 조명하기 위해 전류를 공급한다. 펄스가 활성화되어 있을 때, LED 구동 회로(305)는 LED(110)를 조명하기 위해 LED(110)에 전류를 공급한다. 동작(500)의 흐름은 LED 구동 회로(305)가 LED(110; 블록(505))를 구동시키는지 확인됨에 따라 개시된다. 만약, LED 구동 회로(305)가 LED(110)을 구동시키지 않는 경우, LED(110)에 전류가 공급되지 않고, LED(110)는 조명되지 않는다. 그러므로, LED는 열을 손실하지 않는다.
만약, LED 구동 회로(305)가 동작한다면, 즉 펄스가 활성화되면, LED(110) 및/또는 LED 구동 회로(305)의 상태가 감지될 수 있다(블록 510). 본 발명의 선호되는 실시예에 따르면, LED(110) 및/또는 LED 구동 회로(305)의 상태를 감지하는 단계는 센서(310; 도 3) 등의 센서 또는 LED 전류 팔로우 앤드 홀드 유닛 등의 팔로우 앤드 홀드 유닛의 사용을 통해 이루어질 수 있다. 도 5b를 참조하면, 센서(310) 및/또는 팔로우 앤드 홀드 유닛에 의해 제공되는 상태 정보는 트랜지스터(FET) 전압(또는 헤드룸)(525), LED 온도(530), LED 전압(535), LED 전류(540) 등과 같은 정보를 포함할 수 있다. 이에 따라 상태 정보는 제어기(120; 도 3)와 같은 제어기로 전송될 수 있다(블록 515). 이 제어기는 LED 구동 회로(305)의 작동을 제어하는데 사용될 수 있다. 그 후 센서(310) 및 다양한 팔로우 앤드 홀드 유닛으로부터의 정보는 LED 구동 회로(305)의 출력 전압(및 출력 전류)을 조정하기 위해 제어기(120)에 의해 사용될 수 있다(블록 520). 제어기(120)는, LED 구동 회로(305)의 출력 전압을 변경시키기 위해 LED 구동 회로(305)로 제공되는 전압 제어 명령을 변경할 수 있다. LED 구동 회로(305)의 모니터링은 연속되며, 일단 LED 구동 회로(305)의 출력 전압에 조정이 가해지면, LED 구동 회로(305)의 동작은 블록 505로 돌아감으로써 계속된다.
당업자는 이상의 예시들은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 수많은 실시예 중의 일부일 뿐이며, 특허 청구항의 범의를 벗어나지 않은 채 다양한 부가, 삭제, 변경 및 다른 개조가 예시의 상세에 행해질 수 있고, 다른 구현이 실행될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 회로를 포함하는 장치로서,
    전류 제어 신호 입력에 연결되며, 상기 전류 제어 신호 입력상의 전압의 크기에 기초하여 발광 다이오드(LED)에 제공되는 전류를 제어하도록 구성된 스위치 전류 조정기(switch current regulator);
    상기 스위치 전류 조정기 및 상기 LED에 연결되며, 상기 LED에 전류를 제공하도록 구성된 스위칭 전압 조정기; 및
    상기 스위치 전류 조정기, 상기 LED 및 신호 피드백 회로에 연결되며, 상기 스위치 전류 조정기 및 상기 LED에 관한 상태 정보를 측정하고, 상기 전류 제어 신호 입력상의 상기 전압을 조정하기 위해 사용될 수 있는 상기 상태 정보를 상기 신호 피드백 회로를 통해 제어기로 제공하도록 구성된 센서
    를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 제어 신호 입력과 상기 스위치 전류 조정기 사이에 연결되며, 전류 디바이드 신호의 값에 기초하여 상기 전류 제어 신호 입력상의 상기 전류를 나누도록 구성된 저항 네트워크를 더 포함하는 장치.
  3. 제1 또는 2항에 있어서,
    상기 센서는
    상기 LED의 어노드 단자 및 상기 LED의 캐소드 단자에 연결되며, 상기 LED 양단의 전압 강하를 측정하도록 구성된 LED 전압 센서;
    상기 LED에 연결되며, 상기 LED를 통해 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 LED 전류 센서; 및
    상기 스위치 전류 조정기에 연결되며, 상기 스위치 전류 조정기 양단의 전압 강하를 측정하도록 구성된 스위치 헤드룸(switch headroom)
    을 포함하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센서는,
    상기 LED에 연결되며, 상기 LED의 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 더 포함하는 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 스위치는 전계-효과 트랜지스터이고, 상기 스위치 헤드룸 센서는 상기 스위치 전류 조정기가 전류 소스 모드에서 최소 손실로 작동하는지 여부를 측정하는 장치.
  6. 제1 또는 2항에 있어서,
    상기 스위칭 전압 조정기 및 상기 센서에 연결된 스트로브 신호 입력(strobe signal input)을 더 포함하며, 상기 스위칭 전압 조정기 및 상기 센서는 상기 스트로브 신호 입력상의 신호가 활성 상태에 있는 경우에만 동작하도록 구성되는 장치.
  7. 제1 또는 2항에 있어서,
    상기 스위칭 전압 조정기의 양의 전위(positive potential)와 상기 LED의 어노드 단자 사이에 연결되며, 상기 LED에 전류를 공급하도록 구성된 인덕터를 더 포함하는 장치.
  8. 제1 또는 2항에 있어서,
    상기 회로는 LED 구동 회로이고,
    상기 LED 구동 회로에 의해 구동되도록 연결된 발광 다이오드(LED)를 포함하는 광원;
    메모리에 저장된 이미지 데이터를 디스플레이하도록 구성된 디스플레이 디바이스; 및
    상기 LED 구동 회로 및 상기 디스플레이 디바이스에 연결되며, 상기 LED 구동 회로의 상기 센서로부터 상태 정보를 수신하고, 상기 전류 제어 신호 입력상의 상기 전류의 크기를 조절하며, 상기 디스플레이 디바이스에 의한 이미지 데이터의 상기 디스플레이를 제어하도록 구성된 제어기
    를 더 포함하는 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스는 디지털 마이크로미러 디바이스(digital micromirror device; DMD)인 장치.
  10. 발광 다이오드(LED)를 조명하기 위한 방법으로서,
    LED 구동 회로가 활성화되어 있다는 결정에 기초하여 상기 LED에 관련된 상태 정보를 감지하는 단계;
    상기 상태 정보를 제어기로 제공하는 단계; 및
    상기 상태 정보에 기초하여 상기 LED 구동 회로의 출력 전압을 조절하기 위해 상기 제어기에 의해 상기 LED 구동 회로로 명령을 전송하는 단계
    를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    구동 트랜지스터는 상기 LED를 구동시키는 다량의 전류를 제어하고, 상기 상태 정보는, LED 온도, LED 전압, LED 전류 및 구동 트랜지스터 전압으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 정보를 포함하는 방법.
  12. 제10 또는 11항에 있어서,
    상기 감지하는 단계, 제공하는 단계, 전송하는 단계는 상기 LED 구동 회로가 활성된 경우 행하여지는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 LED 구동 회로는, 상기 LED 구동 회로가 인에이블 신호 라인(enable signal line)상에서 활성 신호를 수신할 때 활성화되는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는
    상기 상태 정보를 디지털 데이터로 변환하는 단계; 및
    상기 디지털 데이터를 통신 인터페이스를 통해 전송하는 단계
    를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는
    상기 명령을 상기 통신 인터페이스를 통해 전송하는 단계; 및
    상기 명령을 아날로그 신호로 변환하는 단계를 포함하고,
    상기 명령은 상기 아날로그 신호의 크기로서 표시되는 방법.
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