KR20080075163A - 회로 장치 및 회로 장치의 구동 방법 - Google Patents

회로 장치 및 회로 장치의 구동 방법 Download PDF

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KR20080075163A
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패트릭 씨. 제이. 지. 니에센
라몬 에이. 더블유. 클로우트
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 직렬 접속된 전기 장치들에서 스위치들을 제어하는 것에 관한 것으로서, 특히 장치들(12, 14)의 동작을 제어하기 위하여 트랜지스터 스위치(44, 54)가 이용되는 회로 장치, 및 그것을 동작시키는 방법에 관한 것이다. 트랜지스터 스위치들은 게이트-소스 전압차가 필요한 한편, 그들의 소스(s) 및 드레인(d)은 주회로 브랜치(main circuit branch)에 접속되므로, 이 전압차는, 예를 들어, 저항기(42, 52)를 통하여 제어 전류(Ii, I2)를 제공함으로써 증강된다. 이 제어 전류(Ii, I2)는 장치들(예를 들어, LED들(12, 14))의 동작에 영향을 미칠 주전류(I)를 입력한다. 이를 정정하기 위하여, 제어 전류(I2)는, 예를 들어, 펄스폭 변조시 펄스폭을 적응하는 것을 통하여, 하나 이상의 상류측 제어 전류들(I2)의 값들에 대하여 정정된다.
전기 장치, 스위치, 트랜지스터 스위치, 제어 전류, LED, 저항기, 제어 유닛

Description

회로 장치 및 회로 장치의 구동 방법{CIRCUIT ARRANGEMENT AND METHOD OF DRIVING A CIRCUIT ARRANGEMENT}
본 발명은 회로 장치에 관한 것으로서, 이 회로 장치는 상기 회로 장치에 전류를 공급하기 위한 전원에 대한 접속부, 직렬 접속된 적어도 하나의 제1 전기 장치 및 적어도 하나의 제2 전기 장치, 상기 제1 전기 장치를 제어하고 적어도 게이트, 소스 및 드레인을 포함하며 상기 드레인 및 소스에 의해 상기 제1 전기 장치와 병렬 접속된 적어도 하나의 반도체 스위치, 및 상기 반도체 스위치에 제1 제어 신호를 공급하고 상기 제2 전기 장치에 제2 제어 신호를 공급하도록 구성된 제어 유닛을 포함하며, 상기 제2 전기 장치는 상기 회로 장치가 사용될 때의 전류 흐름의 방향에서, 상기 제1 전기 장치 및 상기 반도체 스위치보다 하류측에 존재한다.
트랜지스터 제어된 전기 장치들의 직렬 접속이 공지되어 있다. 예를 들어, US 6,153,980은 능동 분로 스위치(active shunt switch) 장치를 갖는 LED 어레이를 개시하며, 직렬 접속된 복수의 LED들 각각은 그것에 걸쳐 접속된, 전력 MOSFET와 같은 능동 분로를 갖는다. 디지털 로직이 각각의 분로 스위치에 접속되며, 능동 분로들을 순차 기동시키는 기능을 한다.
전기 장치들의 직렬 접속들은 각각의 장치를 통하는 전류가 동일하다는 점에 서 유용하다. 많은 종류의 전기 장치들의 성능은 전류에 의존하므로, 이 직렬 접속은 장치들에 대한 전기적인 작동 조건들을 설정하는데 유용한 특징이다.
전기 장치들의 직렬 접속 회로 장치에서 능동 반도체 스위치를 사용하는 경우, 다음의 문제가 발생한다. 반도체 스위치는 그 소스 및 드레인으로 전기 장치 또는 장치들과 병렬 접속되는 한편, 게이트는 그렇게 접속되지 않는다. 상기 스위치는 폐쇄 또는 개방 상태로 되어 전기 장치에 분로를 만들 것인지 여부를 결정하기 위하여 자신의 게이트와 소스 사이에 소정의 전압차가 필요하다. 그러나, 특정 반도체 스위치의 소스에서의 전압은 그 특정 반도체 스위치보다 상류측에 있는 전기 장치들, 특히 그 특정 반도체 스위치보다 상류측에 있는 다른 반도체 스위치들의 상태에 의존한다. 따라서, 단순히 게이트에서 특정 전압을 제공하는 것에 의존하는 것에 의해서는, 상기 언급된 전압차는 정확히 규정되지 않는 것이 단점이다. 예를 들어, 반도체 스위치는 부분적으로 도전성일 수 있는데, 이것이 의미하는 바는 스위치에서 바람직하지 않은 에너지 손실이 존재하는 원치 않는 상황이 존재한다는 것이다.
본 발명의 목적은 반도체 스위치 제어된 전기 장치(들)의 성능에 대하여 향상된 제어를 제공할 수 있는, 전제부에서 언급된 종류의 회로 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 상기 언급된 종류의 회로 장치에 관한 본 발명에 따라 달성되는데, 상기 회로 장치에서는 적어도 하나의 전기 부품이 게이트와 소스 사이에 제공되고, 상기 전기 부품을 통해 전류가 보내지는 경우 상기 전기 부품의 양단에 전압차가 발생하고, 또한 제1 제어 신호는 게이트 및 전기 부품으로의 제어 전류 신호를 포함하며, 상기 제어 유닛은 제1 제어 신호에 따라 제2 제어 신호를 적응시키도록 구성된다.
통상, 전기 부품을 통해 전류를 제공하는 것에 의존하는 정확히 규정된 전압차를 제공하는 방법들은 직렬 접속된 각각의 전기 장치에 대한 균등한 전류의 상기 장점과 충돌하는데, 그 이유는 그 전류가 반드시 반도체 스위치의 소스-드레인 접속 및 전기 장치의 병렬 접속을 통한 전류에 더해지기 때문이다. 본 발명에 따르면, 반도체 스위치에 걸친 정확히 규정된 전압차를 생성하는 국소의 부동 전압(floating voltage)을 이용하는 한편, 전기 부품을 통하고 전기 장치들의 직렬 접속으로 들어가는 전류 신호의 효과는 대상 스위치보다 하류측의 각각의 반도체 스위치에 대한 제어 신호들을 제어 유닛이 적응시키도록 함으로써 정정된다. 이 부동 전압은 특히 많은 수의 장치들의 직렬 접속들에서 유용한데, 그 이유는 이것을 이용하지 않으면, 상류측 제어 신호들에 따라 절대 전압들(absolute voltages)이 변화하므로, 트랜지스터에 정확히 규정된 소스 전압을 공급하는 것이 점차 어려워지기 때문이라는 점을 주목한다.
단순히 스위치의 소스 또는 드레인에서 "절대" 전압을 제공하는 것은 신뢰할 수 없는데, 역시 그 이유는 많은 전기 장치들이 직렬 접속되어 있는 경우(예를 들면, 멀티 LED 응용들의 경우와 같은)에, 상기 전압의 절대값은 수 백 볼트가 될 수 있는 LED 전압과 LED 수의 곱이 될 것이기 때문임을 주목한다. 이것은 예를 들어, 사양 또는 안전 규정들로 인하여, 많은 반도체 스위치들에서 허용될 수 없다.
본 발명에 따르면, 직렬 접속된 하류측 전기 장치들에서의 여분의 전류의 효과가 알려져 있는데, 그 이유는 이것은 알려져 있는 전기 부품 및 전류 신호의 특성들에만 의존하기 때문이다. 따라서, 하류측 전류에 대한 상류측 전류 신호의 영향을 제어 유닛이 예측하는 것이 가능하다. 하류측 스위치들에 대한 제어 신호들은 이러한 지식(knowledge)에 따라, 예를 들어 룩업 테이블을 이용하여 적응된다. 다른 방법들이 이제 설명될 것이다.
전원에 대한 접속이 제공되면 충분하지만, 전원을 제공하고 포함하는 것이 더욱 바람직할 수 있다. 바람직하게는 전원은 실질적으로 일정 전류를 공급하는 전류원을 포함한다.
원칙적으로, 각각의 종류의 반도체 스위치가 본 발명에서 허용된다(예를 들면, 바이폴라 트랜지스터). 그러나, 본 발명은 반도체 스위치가 절연 게이트 트랜지스터 스위치를 포함하는 회로 장치의 경우 매우 바람직하다. 특히, 절연 게이트 트랜지스터 스위치는 JFET 또는 MOSFET를 포함한다. 이 경우, 이 스위치들의 상승 시간이 게이트와 소스 사이의 전류에 의존한다는 점에서 효과들 및 장점들이 명백해질 수 있는데, 그 이유는 트랜지스터가 비도전 상태로부터 도전 상태(또는 그 반대)로 스위칭할 수 있도록 게이트-소스의 커패시턴스가 먼저 충전(또는 방전)되어야 하기 때문이다. 인가된 전류가 매우 낮은 경우, 이것은 비교적 오랜 시간이 걸릴 수 있으며, 이는 바람직하지 못하다. 본 발명은 후술되는 바와 같이, 원하는 스위치 동작을 위해 회로 설계를 적응시킬 수 있게 됨으로써, 이 시간의 주기에 대한 양호한 제어를 가능하게 한다. 여기에서 전류 신호는 물론, 전압이 발생되는 전기 부품과, 반도체 스위치의 게이트 사이에서 나누어진다. 그러나, 거의 모든 경우, 게이트(누설) 전류는 전기 부품을 통한 전류보다 훨씬 적으므로, 게이트 전류는 모든 실용적인 목적을 위하여 무시될 수 있다. 그러나, 예를 들어 바이폴라 트랜지스터의 경우에는, 종종 게이트 전류를 포함할 필요가 있을 것이다. 트랜지스터 특성에 따라, 전체 제어 전류에 대한 게이트 전류의 기여에 대하여 정정이 이루어질 수 있다. 이것은 바람직한 실시예들의 설명에서 더욱 분명해질 것이다.
상기 적어도 하나의 전기 부품은 스트레이 커패시턴스(stray capacitance)와 같이 본래의 비물리적으로 별개인(inherent non-physically separate) "부품(component)"이 아닌, 별개의 부품(separate component)을 의미한다.
특정의 실시예에서, 전기 부품은 저항기를 포함한다. 이것은 (제어)전류가 흐를 때 전압을 발생시키는 점에서 여전히 그 임무를 수행하는 매우 간단하고, 소형이며 저렴한 특징이다. 전압은 커패시터들과 인덕턴스들과 같은 다른 수동 부품들에 비하여(이들의 사용이 배제되는 것은 아님), 매우 정확히 제어 가능하다.
특히, 저항기는 0.5 내지 500㏀, 바람직하게는 1 내지 100㏀의 저항을 갖는다. 그러한 저항치들로, 스위치가 충분히 신속하게 개방/폐쇄하는 것, 즉 신뢰할 수 있는 동작을 위해 상승 시간이 충분히 짧은 것이 쉽게 확보될 수 있다.
특정 실시예에서, 제2 전기 장치는 상기 제2 전기 장치를 제어하고, 적어도 게이트, 소스 및 드레인을 포함하며, 드레인 및 소스에 의해 상기 제2 전기 장치와 병렬 접속되는 부가적인 절연 게이트 반도체 스위치를 포함한다. 이 구성은 제2 전기 장치가, 제1 전기 장치의 경우와 동일한 제어 유닛에 의해, 동일한 방식으로 제어될 수 있는 장점을 갖는다. 다른 제어 방식, 및 다른 제어 유닛들도 가능하다는 것을 주목한다. 또한 본 명세서에서 사용된 바와 같은 "제어 유닛"이라는 표현에는 다양한 전기 장치들을 제어하기 위한 복수의 별개 제어 유닛들이 포함되는 것을 주목한다.
특정의 실시예에서, 제1 및/또는 제2 전기 장치는 LED를 포함한다. LED들은 종종 다수가 이용되며, 또한 종종 직렬 접속으로 이용되는데, 이것은 그들이 LED를 통한 전류에 다소 의존하는 성능(즉, 광출력)을 갖기 때문이다. 따라서, LED의 출력에 대한 임계적인 제어(critical control)가 바람직한데, 이것은 본 발명에 따른 장치로 얻어질 수 있다.
특정의 실시예에서, 제1 및/또는 제2 제어 신호는 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는 PWM(pulse width modulated) 전류 신호를 포함한다. 공지되어 있는 바와 같이, 펄스폭 변조 신호는 소정의 주파수로 규칙적으로 방출되며, 펄스의 세기를 결정하는 제어 가능한 폭을 갖는 펄스들을 포함하는 제어 신호이다. 이것은 정상적인 HIGH 또는 정상적인 LOW일 수 있다. 이 종류의 제어 신호는, 예를 들면, 램프들을 어둡게 할 수 있고, 게다가 항상 동일한 ON 전류를 가질 수 있게 하기 위하여 이용될 수 있는데, 이는 전기 장치의 특성들이 연속적인 범위의 (전류) 상태들 대신, 두 가지 상황들에서만 알려질 필요가 있는 점에서 바람직하다. 예를 들어, 항상 동일한 ON 전류를 갖는 것은 게이트-소스 전압차가 다른 상류측의 제어 전류들과는 독립적인 것을 확실하게 한다. 따라서 스위치들은 예를 들면 항상 동일하게 신속히 스위칭할 것이다. 회로 장치 전체적으로 유사한 고려사항들이 적용된다.
특정의 실시예에서, 제2 제어 신호의 듀티 사이클은 제1 제어 신호에 의존한다. 이것은 본 발명의 진보된 점으로서, 여기에서는 예를 들어 제1 제어 신호의 순간적인 값(제2 제어 신호의 매우 빠른 적응(adaptation)의 경우) 또는 제1 제어 신호의 평균값 또는 듀티 사이클(제2 제어 신호의 덜 빠른 적응의 경우)이 이용되어 제2 제어 신호의 듀티 사이클을 적응시킨다. 펄스폭 변조에서는, 듀티 사이클이 이용되어 신호 값이 표준값이 아닌 시간의 비율을 나타낸다. 예를 들어, 정상적인 LOW 신호인 경우, 주파수가 100 Hz이고, 따라서 펄스 시간(pulse time)이 10ms이며, 신호가 각각의 펄스에서 2ms 동안 HIGH 라면, 듀티 사이클은 0.2 또는 20%이다. 이것은 예를 들어, 공칭 세기값(nominal intensity value)의 20%에서 LED를 구동하고자 하는 경우 이용될 수 있다. 이제 이러한 LED보다 상류측에 있는 다른 하나의 LED가 다른 세기 값으로 스위칭되면, 이것은 그 다른 상류측에 있는 LED의 다른 제어 신호에 대응한다. 이것은 다른 제어 전류가 직렬 접속으로 보내져서, 대상 LED에서 보는 전체 전류가 변화하는 것을 의미한다. 따라서, 대상 LED로의 제어 신호의 정정이 적응되어야 하며, 제어 전류는 (적어도 평균적으로는) 더 높거나 더 낮게 되어야 하거나, 또는 유사하게는 대상 LED에 대한 듀티 사이클이 적응되어야 한다.
다른 상류측 제어 신호들이 이용되어 특정의 제어 신호를 적응시키는 방식은 제한되지 않는다. 종종, 적절한 제어 신호를 결정하기 위하여 다른 상류측 제어 신호들을 처리할 수 있는 컴퓨터 또는 유사한 회로가 제공될 수 있다. 게다가, 전체 회로 장치에 관한 지식은, 전체 상류측 제어 신호들을 알고 있으면서, 어느 제어 신호가 특정의 스위치/장치에 제공되어야 하는지 알려주는 룩업 테이블의 형태로 이용될 수 있다. 대안적으로는, 제어 유닛이 적절한 제어 신호를 결정할 수 있는 데 기초가 되는, 특정의 장치에 대한 전류 판독을 제공하도록 구성된 전류 센서 장치를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 경우들의 각각에서, 특정 스위치/장치에 대한 PWM 신호가 적응될 수 있다.
특정의 실시예에서, 본 발명의 회로 장치는 직렬 접속된 복수의 제1 및 제2 전기 장치들, 및 복수의 제1 및 제2 전기 장치들 중 하나 이상과 각각 병렬 접속되어 있는 복수의 반도체 스위치들을 포함하며, 제어 유닛은 각각의 반도체 스위치들에 각각의 제어 신호를 제공하도록 구성되고, 제어 유닛은 또한 특정의 반도체 스위치보다 상류측에 있는 반도체 스위치들의 전부에 대한 각각의 제어 신호들의 전부에 따라 각각의 상기 특정의 반도체 스위치의 각각의 제어 신호를 적응시키도록 구성된다. 본 실시예에서, 본 발명의 장점들은 더 많은 수의 장치들, 특히 10개 이상, 심지어 50개 이상의 LED들과 같은 제1 및/또는 제2 장치들이 다수의 트랜지스터들에 의해 제어되는 더욱 복잡한 환경에서 이용된다. 특정의 반도체 스위치의 게이트와 소스 사이에서 적절한 전압차를 규정할 수 있는 것이 특별한 장점이라는 것이 여기에서 반복된다.
제1 및/또는 제2 반도체 스위치들의 수가 제1 및/또는 제2 전기 장치들의 수에 대응할 필요는 없는데, 그 이유는 각각의 경우 하나 이상의 제1 및/또는 제2 전기 장치들이 단일의 제1 또는 제2 반도체 스위치에 의해 제어될 수 있기 때문임을 주목한다. 이 상황을 하나의 전기 장치가 복수의 하위 장치들을 포함하는 것으로 간주할 수도 있다.
특정의 실시예에서, 회로 장치는, 직렬 접속되고, 각각에는 제어 유닛으로부터 각각의 제어 신호를 수신할 수 있는 각각의 반도체 스위치가 병렬 접속되어 있는 제1, 제2 및 제3 전기 장치를 포함하며, 특정의 반도체 스위치에 대한 제어 신호는 상기 특정의 반도체 스위치보다 상류측에 있는 모든 반도체 스위치들에 대한 각각의 제어 신호들에 의존한다. 바람직하게는, 제1, 제2 및 제3 전기 장치들 각각은 상이한 컬러의 LED들을 포함한다. 예를 들어, 제1 장치들은 적색 LED들이고, 제2 장치들은 녹색 LED들이며, 제3 장치들은 청색 LED들이다. 보다 바람직하게는, 상기 회로 장치는 제1, 제2 및 제3 LED들과는 상이한 컬러를 갖는 제4 LED를 더 포함한다. 이 실시예들은 LED 장치의 양호한 컬러 및 세기 제어를 제공하는 데 매우 유리하다. 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 LED를 갖는 공지의 RGB 시스템이 이용된다. 대안적으로, 더 양호한 컬러 렌더링을 위하여, 황색(amber) 컬러 LED가 부가되는 RGBA 시스템과 같이 제4 컬러가 부가된다. 제1 내지 제3 또는 제4 전기 장치들의 제1 세트와 직렬 및/또는 병렬 접속된 제1 내지 제3, 또는 제4 전기 장치들의 하나 이상의 부가적인 세트들을 부가하는 것도 가능하다는 것을 주목한다. 바람직하게는, 부가적인 세트들도 본 발명에 따라 접속된 반도체 스위치들을 포함한다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 제1 전기 장치 및 적어도 하나의 제2 전기 장치가, 상기 제1 전기 장치를 제어하고 적어도 하나의 게이트, 소스 및 드레인을 포함하며 상기 드레인 및 상기 소스에 의해 상기 제1 전기 장치와 병렬 접속되는 반도체 스위치에 의해 직렬 접속된 회로 장치로서, 상기 회로 장치가 사용되는 때의 전류 흐름의 방향에서, 상기 제1 전기 장치 및 상기 반도체 스위치보다 하류측에 상기 제2 전기 장치가 존재하는 회로 장치의 구동 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 상기 제1 전기 장치를 제어하기 위하여 상기 반도체 스위치를 스위칭하는 제1 제어 신호를 상기 게이트와 상기 소스 사이에 제공하는 단계, 상기 제2 전기 장치를 제어하기 위하여 제2 제어 신호를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 제2 제어 신호는 상기 제1 제어 신호에 따라 결정된다. 종래기술의 방법에 대한 이 방법의 장점들은 본 발명의 회로 장치의 장점들에 대응한다. 그에 대한 설명이 이하에 주어진다. 특히, 상기 방법은 본 발명의 회로 장치에 적용될 수 있다.
특정의 실시예에서, 제1 제어 신호를 제공하는 단계는 게이트와 소스 사이에 저항 소자를 제공하고 저항 소자를 통해 전류 신호를 제공하는 단계를 포함하며, 제2 제어 신호는 전류 신호의 값에 따라 결정된다. 이러한 저항 소자는 역시 정확히 규정된 전류(well-defined current)로 정확히 규정된 전압을 제공하는 간단하고 저렴한 방식을 가능하게 한다. 저항 값을 적절히 선택함으로써, 반도체 스위치의 상승 시간은 충분히 짧을 수 있다. 적절한 값들은 약 500Ω 내지 500㏀이고, 특히 약 1 내지 100㏀이다.
특별한 방법에서는, 직렬 접속되어 있는 복수의 제1 및 제2 전기 장치들, 및 복수의 제1 및 제2 전기 장치들 중 하나 이상과 각각 병렬 접속되어 있고, 각각은 각각의 제어 신호를 수신하는 복수의 반도체 스위치들이 제공되며, 각각의 특정한 반도체 스위치의 각각의 제어 신호는 상기 특정의 반도체 스위치보다 상류측에 있는 반도체 스위치들의 전부에 대한 각각의 제어 신호들의 전부에 따라 결정된다. 본 실시예에서, 본 발명의 방법은 더욱 복잡한 상황에서 수행되며, 상류측의 제어 신호들에 의해 영향을 받을 수 있는 모든 장치들에 대한 개별적으로 적응되고 정정된 제어 신호의 모든 장점들을 제공한다.
본 발명의 이러한 및 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 도면과 연계하여 고려된 비제한적이고 예시적인 실시예들의 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 쉽게 명백해질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 회로 장치를 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명의 회로 장치의 특정 실시예를 상세히 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시하는 도면.
도 1은 본 발명에 따른 회로 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
여기에서, 참조부호 10은 화살표 방향의 전류 I를 위한 전류원을 나타낸다. 세 개의 전기 장치들(12, 14, 16)뿐만 아니라 세 개의 스위치들(22, 24, 26), 및 제어 유닛(30)이 표시된다. 여기에 도시된 바와 같이, 전류원(10)은 회로 장치(1)에 포함되었지만, 외부 전류원으로의 접속만 제공하는 것도 가능하다. 전류원은 특별히 제한되지 않지만, 사용된 전기 장치들의 전류 및 전력 요건들에 따라 선택 될 수 있다.
장치들(12, 14, 16)은 매우 일반적으로만 표시되며, 그들의 갯수는 2개일 수도 있고, 4개, 5개, 및 그 이상일 수도 있다. 여기에서, 모든 전기 장치(12, 14, 16)는, 각각, 오직 하나의 전기 장치와 병렬 접속된 자신의 스위치(22, 24, 26)를 갖는다. 여기에 도시된 세 개의 장치들에 직렬 및/또는 병렬로 부가적인 전기 장치들을 제공하는 것이 가능하다는 점을 주목한다. 스위치들(22, 24, 26)은 또한 각각의 하나보다 많은 전기 장치를 제어할 수 있다. 현재 보여진 실시예는 예를 들어 RGB 시스템의 경우, 세 개의 상이한 컬러의 LED들을 포함한다.
제어 유닛(30)은 각각 복수의 스위치들(22, 24, 26) 중 하나 이상을 제어하는 수 개의 제어 서브 유닛들을 갖는 제어 유닛을 제공하는 것이 가능하지만, 각각의 스위치(22, 24, 26)를 제어하는 것으로 도시되어 있다. 제어 유닛(30)은 종종 컴퓨터 또는 유사한 제어 회로일 것이다.
본 발명은 스위치들(22, 24)에 대한 제어가 하류측 스위치들(24, 26)의 제어, 및 나중의 제어의 정정에 미치는 영향들에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 회로 장치의 특정 실시예의 세부 사항을 도시한다. 여기에서, 식별부호 12 및 14는 각각 제1 및 제2 LED이다. 제1 및 제2 MOSFET 스위치는 각각 참조부호 44 및 54로 표시되었다. 각각의 스위치는 표시된 바대로 게이트 g, 드레인 d 및 소스 s를 갖는다.
두 개의 제너 다이오드들 및 두 개의 저항기들은 각각 참조부호 40, 50 및 42, 52로 표시되었다.
또한, 주전류(main current) I, 제1 제어 전류 I1 및 제2 제어 전류 I2가 각각의 화살표들에 의해 표시된 대로 주입된다.
전류원(도면에 표시되지 않음)이 직렬 접속 LED들에 전류 I를 주입하는 것을 가정한다. 또한 LED(12)가 ON 상태인 것(제어 전류 I1이 0인 것을 의미함)을 가정한다. 따라서, I+I1=I이고, 제 LED(14)는 동일한 전류를 받는다.
이제 LED(12)를 스위치 오프하려는 것을 가정한다. 이것은 제1 스위치(54)에 제어 전류 I1을 주입함으로써 이루어질 수 있다. 제어 전류 I1을 주입하는 것은 저항기(42)에 걸쳐 전압을 발생시키고, 이것은 마찬가지로 게이트 g와 소스 s 사이에 전압을 발생시킨다. 그 결과, 스위치(44)의 상승 시간 후, 스위치(44)는 도통이 개시되어 LED(12)에 분로를 만들 것이다.
결과적으로 전류 I는 LED를 통해 흐르지 않을 것이고, 적어도 실질적으로는 스위치(44)를 통해 흐를 것이다. 그러나, 제어 전류 I1이 전류 I에 부가되므로, I+I1
Figure 112008040650535-PCT00001
I이다. 이 증가된 전류는 제2 LED(14)를 통해 보내진다. 이것은 제1 LED(즉 상류측 전기 장치)에 대한 제어 신호가 모든 하류측 LED(또는 전기 장치)에 영향을 미치는 것의 명확한 예시이다. 그러나, 본 발명에 따르면, 이것은 다음과 같이 정정될 수 있다. 간단한 계산을 위해, 제어 전류 I1이 0.02I인 것을 가정하고, 또한 LED(12 및 14)의 세기가 전류에 선형적으로 의존하는 것을 가정한다. 즉, 제2 LED(14)는 이제 2% 더 많은 광을 방출할 것이다. 이것은 2/102 x 100%
Figure 112008040650535-PCT00002
2%의 시 간 동안 제2 LED(14)를 스위치 오프함으로써 정정될 수 있다. 대응하는 PWM 제어 신호는 PWM 제2 제어 전류 I2 형태로 제2 LED(14)에 공급될 수 있다. 이 제2 제어 전류 I2는 제1 제어 전류 I1과 마찬가지의 방식으로 제2 스위치(54)에 공급될 수 있다.
대체적인 결과로, 제2 LED(14)는 이전과 동일한 세기로 방출하면서, 제1 LED(12)는 스위치 오프된다. 물론, 각각의 LED(12, 14)를 서로 완전히 독립적으로 제어하는 것도 마찬가지로 가능하다. 제2 LED(14)보다 하류측에 있는 다른 장치들은 주입된 제어 전류들 I1, I2, 등에 의한 영향들을 정정하기 위하여 마찬가지의 방식으로 제어될 수 있는 것을 주목한다. 또한 다시 제어 유닛으로의 전기적 접속(비도시)을 제공함으로써, 전류원으로 다시 들어가는 주전류 I로부터 "여분의(extra)" 제어 전류가 분기되는 것도 주목한다. 제어 회로를 폐쇄하는 이 접속을 통해 제어 전류가 흐를 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 여기에서, 카운터는 참조부호 100으로, 폭 레지스터(width register)는 102로, 감산기(subtractor)는 104로, 비교기는 106으로, 가산기는 108로, 그리고 승산기는 110으로 표시된다.
요컨대, 카운터(100)는 0에서부터 2n-1까지 순환하여 카운트하며, n은 사용된 비트수, 즉 해상도(resolution)이다. 펄스폭 변조 신호 PWMm에 의해 제어되는 스위치 m의 경우, 클럭 제어된 로드-온-캐리(clock controlled load-on-carry) 신호를 통해, 폭 레지스터(102)로(즉, 카운터(100)로부터 폭 레지스터(102)로의 화살 표 방향으로) 원하는 펄스폭이 입력된다. 이 펄스폭은 또한 n 비트의 폭을 가질 수 있고, 그 값은 LED의 원하는 세기에 기초할 수 있다. 비정정된(non-corrected) 시스템에서, 비교기(106)는 원하는 카운터값에서 HIGH값을 생성하기 위하여, 카운터(100)값이 원하는 펄스폭에 적어도 일치하였는지 여부를 결정할 것이다. 즉, 구성요소(104 및, 물론 108 및 110)는 존재하지 않을 것이다.
본 발명에 따르면, 이 방법은 정정된다. 이 경우, 상류측 스위치들의 모든 펄스폭 변조 신호들(즉 PWM0 내지 PWM(m-1))이 사용된다. PWMm에 대한 그들의 영향을 포함하기 위하여, 그 값들은 가산기(108)에 의해 가산되고, 상기 가산된 값은 승산기(110)에서 정정값 c와 승산된다. 그렇게 얻어진 값은 폭 레지스터 값으로부터 감산된다.
정정값 c는, 예를 들어, 도 2의 LED 전류 I와 같은 주전류에 대한, 도 2의 I1과 같은 평균된 각각의 제어 전류의 비에 의존한다. 이것은 LED 세기는 전류에 선형적으로 의존한다는 가정에 기초한다. 물론, 다른 장치들이 사용된다면, 상이한 의존관계가 우세할 수 있고, 상이한 정정 인자 c, 또는 심지어 상이한 정정 방식(correction scheme)이 이용될 수 있다. 그러나, 의존관계가 알려져 있는 한, 이것은 제어 전류를 최적으로 정정하기 위하여, 회로 또는 프로그램된 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 바이폴라 트랜지스터의 경우, 인자 c는 제어 전류의 일부만이 저항 소자를 통해 흐르는 한편 제어 전류의 다른 부분은 게이트 전류로서 트랜지스터를 통해 흐르는 상황에 기인한 정정을 포함할 수 있다.

Claims (15)

  1. 회로 장치(1)에 있어서,
    상기 회로 장치에 전류를 공급하기 위한 전원(10)에 대한 접속부,
    직렬 접속된 적어도 하나의 제1 전기 장치(12, 14) 및 적어도 하나의 제2 전기 장치(14, 16),
    상기 제1 전기 장치(12, 14)를 제어하고, 적어도 게이트(g), 소스(s) 및 드레인(d)을 포함하며, 상기 드레인(d) 및 소스(s)에 의해 상기 제1 전기 장치(12, 14)와 병렬 접속된 적어도 하나의 반도체 스위치(22, 24),
    상기 반도체 스위치(22, 24)에 제1 제어 신호를 공급하고 상기 제2 전기 장치(14, 16)에 제2 제어 신호를 공급하도록 구성된 제어 유닛(30)을 포함하며,
    상기 제2 전기 장치(14, 16)는 상기 회로 장치가 사용될 때의 전류 흐름의 방향에서, 상기 제1 전기 장치(12, 14) 및 상기 반도체 스위치(22, 24)보다 하류측에 존재하고,
    상기 게이트(g)와 상기 소스(s) 사이에는 적어도 하나의 전기 부품(40, 42, 50, 52)이 제공되는데, 상기 전기 부품을 통하여 전류(I1, I2)가 보내질 때 상기 전기 부품 양단에 전압차가 발생하고, 상기 제1 제어 신호는 상기 게이트(g) 및 상기 전기 부품(40, 42, 50, 52)으로의 제어 전류 신호를 포함하며,
    상기 제어 유닛(30)은 상기 제1 제어 신호에 따라 상기 제2 제어 신호를 적 응시키도록 구성되는 회로 장치(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 스위치(22, 24, 26)는 절연 게이트 트랜지스터 스위치를 포함하는 회로 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 절연 게이트 트랜지스터(22, 24, 26; 44, 54) 스위치는 JFET 또는 MOSFET를 포함하는 회로 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 부품은 저항기(42, 44)를 포함하는 회로 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 저항기는 저항값이 0.5 내지 500㏀, 바람직하게는 1 내지 100㏀인 회로 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 전기 장치(14, 16)는, 상기 제2 전기 장치(14)를 제어하고 적어도 게이트(g), 소스(s) 및 드레인(d)을 포함하며 상기 드레인(d) 및 소스(s)에 의해 상기 제2 전기 장치(14)에 병렬 접속되는 부가적인 절연 게이트 반도체 스위치(54)를 포함하는 회로 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및/또는 제2 전기 장치 는 LED(12, 14)를 포함하는 회로 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및/또는 제2 제어 신호는 듀티 사이클을 갖는 펄스폭 변조 전류 신호를 포함하는 회로 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 제어 신호의 듀티 사이클은 상기 제1 제어 신호에 의존하는 회로 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 직렬 접속되어 있는 복수의 제1 및 제2 전기 장치들(12, 14, 16), 및 상기 복수의 제1 및 제2 전기 장치들(12, 14, 16) 중 하나 이상과 각각이 병렬 접속되어 있는 복수의 반도체 스위치들(22, 24, 26)을 포함하며,
    상기 제어 유닛(30)은 상기 반도체 스위치들의 각각에 각각의 제어 신호를 제공하도록 구성되고,
    상기 제어 유닛(30)은 또한 특정의 반도체 스위치(24, 26)보다 상류측에 있는 반도체 스위치들(22, 24)의 전부에 대한 각각의 제어 신호들의 전부에 따라 상기 각각의 특정의 반도체 스위치(24, 26)의 각각의 제어 신호를 적응시키도록 구성되는 회로 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회로 장치는 직렬 접속된 제1, 제2 및 제3 전기 장치(12, 14, 16)를 포함하는데, 상기 제1, 제2 및 제3 전기 장치(12, 14, 16) 각각에는 제어 유닛(30)으로부터 각각의 제어 신호를 수신할 수 있는 각각의 반도체 스위치(22, 24, 26)가 병렬로 접속되고, 특정의 반도체 스위치(24, 26)에 대한 제어 신호는 상기 특정의 반도체 스위치(24, 26)보다 상류측에 있는 모든 반도체 스위치들(22, 24)에 대한 각각의 제어 신호들에 의존하는 회로 장치.
  12. 적어도 하나의 제1 전기 장치(12) 및 적어도 하나의 제2 전기 장치(14, 16)가 상기 제1 전기 장치(12)를 제어하기 위한 반도체 스위치(22; 44)에 의해 직렬 접속된 회로 장치(1)로서, 상기 반도체 스위치는 적어도 게이트(g), 소스(s) 및 드레인(d)을 포함하고 상기 드레인 및 상기 소스에 의해 상기 제1 전기 장치(12)와 병렬 접속되며, 상기 회로 장치가 사용될 때의 전류 흐름의 방향에서, 상기 제1 전기 장치(12) 및 상기 반도체 스위치(22; 44)보다 하류측에 상기 제2 전기 장치(14, 16)가 존재하는 회로 장치(1)의 구동 방법에 있어서,
    상기 제1 전기 장치(12)를 제어하기 위하여, 상기 반도체 스위치(22; 44)를 스위칭하는 제1 제어 신호를 상기 게이트(g)와 상기 소스(s) 사이에 제공하는 단계;
    상기 제2 전기 장치(14, 16)를 제어하기 위하여 제2 제어 신호를 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 제어 신호는 상기 제1 제어 신호에 따라 결정되는 회로 장치의 구 동 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 회로 장치는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 회로 장치(1)인 회로 장치의 구동 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제1 제어 신호(I1)를 제공하는 단계는 상기 게이트(g)와 상기 소스(s) 사이에 저항 소자(42, 52)를 제공하고 상기 저항 소자(42, 52)를 통해 전류 신호를 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 제어 신호(I2)는 상기 전류 신호(I1)의 값에 따라 결정되는 회로 장치의 구동 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 직렬 접속되어 있는 복수의 제1 및 제2 전기 장치들, 및 상기 복수의 제1 및 제2 전기 장치들 중 하나 이상과 각각 병렬 접속되고, 각각의 제어 신호를 수신하는 복수의 반도체 스위치들이 제공되며, 각각의 특정의 반도체 스위치(14, 16)의 각각의 제어 신호(I2)는 상기 특정의 반도체 스위치(14, 16)보다 상류측에 있는 반도체 스위치들(I2)의 전부에 대한 각각의 제어 신호들(I1)의 전부에 따라 결정되는 회로 장치의 구동 방법.
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