KR20080098396A - Ｌｅｄ 드라이버 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 비교기(31)에 의해 제어되는 다운 컨버팅 특징부(11)를 갖는 스위칭 모드 전원(smps)을 포함하는 포함하는 저 비용 LED 드라이버 모듈에 관한 것이다. 이 비교기는 히스테리시스로 구성되며, LED 전류 내의 맥류와 과도 전류를 줄이고, 이 모듈은 비싸지 않은 비싼 표준 컴포넌트들로 이루어질 수 있다.
Figure P1020087021117
LED 드라이버 회로, 스위칭 모드 전원, 히스테리시스 구성 비교기 회로

Description

ＬＥＤ 드라이버 회로{LED DRIVER CIRCUIT}
본 발명은 LED(발광 다이오드) 드라이버 회로에 관한 것으로서, 이 LED 드라이버 회로는 공급 전압 입력 단자, 제어 입력 단자, 및 드라이버 회로를 적어도 하나의 LED에 연결하기 위한 제1 출력 단자와 제2 출력 단자를 포함한다.
이러한 LED 드라이버 회로는, 예를 들어, 미국 특허공개번호 US 2003/0227265 A1에 개시되어 있다. 이러한 LED 드라이버 회로는 일반적으로 매우 유연성있고 정밀할 수 있는 전용 LED 드라이버 집적 회로(IC)로 만들어진다.
그러나, 이러한 IC는, 일반적으로 상당히 비싸서, 다른 조명 컨셉트에 비하여 정밀도는 양호하나 LED 조명 장치의 경쟁력은 약화시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은, 비용은 덜 들지만 여전히 매우 정밀한 전술한 종류의 LED 드라이버 회로를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제1항에서 정의한 바와 같은 LED 드라이버 회로에 의해 달성된다.
구체적으로, LED 드라이버는, 공급 입력 단자와 제1 출력 단자 간에 연결된 다운 컨버팅 특징부를 갖는 스위칭 모드 전원(switched-mode power supply; smps)을 포함하며, 이 전원(smps)은 LED 전류를 조절하기 위해 히스테리시스 구성 비교기 회로(hysteresis-configured comparator circuit)에 의해 제어되며, 이 비교기의 스위칭 레벨은 기준 단자에서 수신되는 기준 전압에 의해 설정된다. 이러한 LED 드라이버는, 수십년동안 이용가능해 왔던 간단한 표준 컴포넌트만을 이용하여 얻을 수 있으며, 이에 따라 저 비용으로 얻어질 수 있다. 게다가, 다수의 이러한 LED 드라이버는 동일한 기준 전압을 공유할 수 있으며, 이것은 LED 드라이버를 보다 비용 효율적으로 만든다.
제어 입력 단자는, 비교기 회로의 출력을 활성화 또는 비활성화하는 스위치에 연결될 수 있다. 이것은 LED 출력의 정밀한 PWM 제어를 달성하는 데 있어서 효율적인 방식이다.
다른 방안으로, 제어 입력 단자는 비교기 회로 내의 분압기 네트워크에 영향을 끼치는 스위치에 연결될 수 있다. 이것은, 제한된 개수의 출력 레벨만이 필요한 경우 LED 드라이버를 덜 복잡하게 제어하는 방식을 제공한다.
션트 저항기는, 비교기 회로에 공급되는 대응 전압을 정하기 위해 LED 전류를 수신할 수 있다. 이것은 간단한 피드백 장치를 제공한다. 이 대응 전압은 로우-패스 필터를 통해 비교기 회로에 공급될 수 있다. 이것은 피드백 장치가 스위칭 잡음에 의해 영향을 받지 않게 한다.
다운 컨버팅 특징부를 갖는 스위칭 모드 전원(smps)은 다운 컨버터, 스텝다운 컨버터 또는 버크(buck) 컨버터로서 당해 기술에 알려진 컨버터일 수 있다.
본 발명의 이러한 양태 및 다른 양태는 이하에서 설명하는 실시예들을 참조할 때 명백 및 자명할 것이다.
도 1은 LED 드라이버 회로들의 세트를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 드라이버 회로를 도시한다.
도 3은 다른 일 실시예에서의 LED 드라이버 회로의 상세를 도시한다.
도 1은 공통 기준 블록(4)에 연결된 2개의 LED 드라이버 회로(1, 2)의 세트를 개략적으로 도시한다. 그러나, 이 장치는 실질적으로 임의의 개수의 LED 드라이버 회로를 포함하도록 가변적이다. 따라서, 예를 들어, RGB(적색-녹색-청색) 장치를 위한 3개의 드라이버 회로 또는 RGBA(적색-녹색-청색-황색) 장치를 위한 4개의 드라이버 회로를 고려할 수 있다. 이러한 장치 내의 LED들의 스트링 또는 각 LED의 광 흐름을 제어함으로써, 실질적으로 어떠한 색도 생성될 수 있다. 물론, 예를 들어, CMY(cyan-magenta-yellow)와 같은 다른 다색 장치도 가능하다. 예를 들어, 하나의 장치 내에 많은 RGB 유닛들을 제공할 수도 있다.
공통 기준 블록은 공급 전압(+VCC), 기준 전압(+Vref), 접지 전압(Gnd)을 출력하도록 구성된다. 기준 전압(+Vref)은, 예를 들어, TL431과 같은 대역폭 기준 기반 전압 조절기(bandgap reference based voltage regulator)를 이용하여 제공될 수 있다.
드라이버 회로들의 각각은, 공급 전압(+VCC)이 입력되는 공급 단자(3), 기준 전압(+Vref)을 수신하는 기준 단자(15), 및 접지 단자(6)를 포함한다. 각 드라이버 회로(1, 2)들은 제어 단자(5, 8)들을 더 포함하고, 이 제어 단자들은 제어 신호들(CTRL1, CTRL2)을 각각 수신한다. 이 제어 신호들은 각 드라이버 회로에 연결된 LED들로부터 출력되는 광 흐름을 제어한다.
드라이버 회로들의 각각은 하나의 LED 또는 직렬로 연결된 다수의 LED를 구동할 수 있다. 직렬로 연결된 다수의 다이오드가 사용된다면, 이들의 전체 전압 강하는 공급 전압(+VCC)보다 작아야 한다.
도시한 바와 같이, 기준 전압 단자 뿐만 아니라 공급 전압 단자 및 접지 단자도, 예를 들어, RGB 유닛과 같은 다수의 후속 유닛에 데이지-체이닝(daisy-chained) 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 드라이버 회로(1)를 도시한다. 이 회로는 제1 출력 단자(7)와 제2 출력 단자(9)를 구비하며, 2개의 LED(8)가 이 출력 단자들 간에 직렬로 연결되어 있다.
제1 출력 단자(7)는 다운 컨버팅 특징부(11)를 갖는 스위칭 모드 전원(smps)을 통해 공급 입력 단자(3)에 연결되며, 이 경우 그 다운 컨버팅 특징부는 소위 버크 컨버터 또는 (스텝) 다운 컨버터이다. 이 컨버터는 p-MOSFET과 같은 스위치(27)에 직렬로 연결된 인덕터(25)를 포함한다. 이 스위치는 인덕터를 통한 전류를 램프-업(ramp-up) 및 램프-다운하게 만들며, 프리휠(free-wheel) 다이오드(29)는 스위치가 스위칭 오프로 될 때 인덕터 전류가 계속해서 흐를 수 있게 한다. 물 론, 본 발명의 LED 드라이버에서, 예를 들어, 플라이백(flyback) 컨버터와 같은 다운 컨버팅 특징부를 갖는 다른 스위칭 모드 전원(smps) 토폴로지를 이용할 수도 있다.
제2 출력 단자(9)는 션트 저항기(Rs)를 통해 접지된다. 션트 저항기를 통한 전압 강하는, LED 드라이버 회로에 의해 급전되는 LED들을 통해 공급되는 전류(ILED)의 측정량에 대응된다.
smps(11)는 히스테리시스 구성 비교기 회로(hysteresis configured comparator circuit; 13)에 의해 제어된다. 이 회로는 비교기(31)를 포함하고, 이 비교기의 반전 입력(-)은 로우-패스 필터(23)를 통해 션트 저항기(Rs)로부터 LED 전류 측정값을 수신한다. 비교기(31)의 비반전 입력(+)은, 3개의 저항기(Rx, Ry, Rz)를 포함하는 저항기 네트워크에 연결된다. Rx는, 기준 단자(15)에 연결되고, 직렬로 연결된 Ry를 통해 접지된다. 비교기(31)의 비반전 입력은 Rx와 Ry간의 중간점에 연결되고, Rz는 이 중간점과 비교기 출력 간에 연결된다. 비교기 출력은 인버터(33)를 통해 smps(11)의 스위치(27)를 구동하고, 이 경우 스위치(27)는 ON 상태에 있어서 비교기의 비반전 단자(+)와 반전 단자(-) 간의 전압차가 양의 값을 가질 때 LED 전류가 증가되게 할 수 있다. 스위치(27)의 다른 상태에선, 인버터(33)가 필요하지 않다.
기준 단자(15)에서 수신된 기준 전압(Vref)은 비교기의 스위칭 레벨을 설정한 다. 따라서, 스위치(27)가 턴온될 때, LED들을 통한 전류(ILED)는 비교기의 반전 입력에서의 전압이 전이 전압(transition voltage; Von)에 도달할 때까지 램프 업될 수 있으며, 이 전이 전압은 아래와 같이 정의된다.
Figure 112008061402263-PCT00001
이어서, 비교기 출력은 접지 레벨로 전환되고, 스위치(27)는 턴오프된다. 이제 LED 전류는 비교기의 반전 입력에서의 전압이 제2 전이 전압(Voff)에 도달할 때까지 감소되며, 이 제2 전이 전압은 아래와 같이 정의된다.
Figure 112008061402263-PCT00002
이 때, 스위치는 다시 턴온되고, 새로운 사이클이 자기 발진(self oscillating)식으로 시작된다. Voff는 Von보다 낮고, 평균 LED 전류 및 허용된 맥류 (ripple current) 둘 다는 Vref, Rx, Ry, Rz에 의해 설정된다. 히스테리시스 또는 뱅뱅(bang-bang) 구성에 의해, LED 전류 내의 전이 전류 뿐만 아니라 LED 맥류도 낮게 유지될 수 있고, 이것은 LED가 뚜렷한 색과 강도로 발광할 수 있게 한다.
로우-패스 필터(23)는, 저항기(Rf)와 커패시터(Cf)를 구비하는 간단한 제1차 버터워스(Butterworth) 필터를 포함할 수 있다. 로우-패스 필터에 의해, 스위치가 턴온 또는 턴오프될 때 발생하는 스위치(17)의 잠재적인 고주파 잡음이 필터링될 수 있다. 이에 따라 잡음이 거의 없는 삼각파 전압이 발생하며, 이는 비교기의 반전 입력에 입력되는 LED 전류(ILED)를 나타낸다.
도시한 회로는 매우 적은 비용으로 얻을 수 있다. 4개의 비교기를 포함하는 표준 집적 회로는, 저 비용으로 이용가능하며, 이에 따라 예를 들어 하나의 칩과 몇 개의 간단한 추가 컴포넌트만을 갖는 RGBA 유닛이 얻어질 수 있게 한다.
광 흐름은 비교기(31)의 출력에서 스위치(17, 예를 들어, MOSFET)를 이용하여 펄스폭 변조(PWM) 제어될 수 있다. 이 스위치(17)의 게이트는 제어 입력 단자(5)에 연결되고, 스위치(17)가 턴온되면, 비교기는 접지되고 드라이버 회로(1)는 스위칭 오프된다. 이것은, 스위치(17)의 듀티 사이클을 가변함으로써, LED로부터의 광 흐름을 PWM 제어할 수 있게 한다. 물론, 이것은, 다운 컨버터(11)의 수백 kHz일 수 있는 스위칭 주파수와 비교할 때 예를 들어 수백 Hz인 낮은 스위칭 주파수로 행해진다.
도 3은 다른 실시예에서의 LED 드라이버 회로의 상세를 도시한다. 이 실시예에서는, 도 2의 스위치(17)가 필요없다. 대신에, LED 전류는 추가 저항기(Ry1)를 저항기(Ry)에 병렬로 연결하는 스위치(19)에 의해 변경될 수 있다. 전술한 등식들로부터 알 수 있듯이, 이것은 전이 레벨(Von 및 Voff)을 변경한다. 이러한 제어 장치는, 평균 LED 전류가 2개 값 중 임의의 값으로 변경될 수 있게 하며, 이에 따라 PWM 해결책보다는 덜 유연하지만 덜 복잡하게 된다. 일반적으로, 이 실시예에서 는, 하나 이상의 스위치가 사용되며, 이 스위치는 비교기 회로 내의 분압기 네트워크에 영향을 끼친다. 하나보다 많은 스위치가 사용되면, 2개보다 많은 넌제로(non-zero) LED 전류값들이 가능해진다. 따라서, 이 스위치 또는 하나보다 많은 스위치는 하나의 저항기를 저항기들(Rx, Ry, Rz) 중 하나 이상에 병렬로 연결하는 데 적용될 수 있다. 원칙적으로, 이 실시예는 도 1의 PWM 해결책과 조합될 수 있다.
요약하자면, 본 발명은, 다운 컨버팅 특징부를 갖고 비교기에 의해 제어되는 스위칭 모드 전원(smps)을 포함하는 저 비용 LED 드라이버 모듈에 관한 것이다. 이 비교기는 히스테리시스로 구성되며, 이것은 LED 전류 내의 맥류와 전이 전류를 줄이며, 이 LED 드라이버 모듈은 저가의 표준 컴포넌트들로 이루어질 수 있다.
본 발명은, 기준 전압 신호가 재사용될 수 있으며 추가 제어가능 LED 드라이버 회로를 얻고 이에 따라 예를 들어 추가 LED 채널인 수 개의 저항기와 비교기, 비교기, 다이오드, 인덕터를 얻는 데 있어서 적은 개수의 추가 컴포넌트만이 필요하다는 사실로 인해, LED들의 다수의 스트링을 갖는 응용에 특히 유용하다.
본 발명은 전술한 실시예들로 한정되지 않는다. 본 발명은 청구범위 내에서 다양한 방식으로 변경될 수 있다.

Claims (6)

  1. LED 드라이버 회로(1)로서,
    공급 전압 입력 단자(3)와,
    제어 입력 단자(5)와,
    상기 LED 드라이버 회로를 적어도 하나의 LED에 연결하기 위한 제1 출력 단자(7) 및 제2 출력 단자(9)를 포함하고,
    다운 컨버팅 특징부(11)를 갖는 스위칭 모드 전원(switched-mode power supply; smps)은 상기 공급 전압 입력 단자(3)와 상기 제1 출력 단자(7) 간에 연결되어 있으며, 상기 컨버터(11)는 LED 전류를 조절하기 위해 히스테리시스 구성 비교기 회로(hysteresis configured comparator circuit; 13)에 의해 제어되며, 상기 비교기의 스위칭 레벨은 기준 단자(15)에서 수신되는 기준 전압(+Vref)에 의해 설정되는 LED 드라이버 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 입력 단자(5)는, 상기 비교기 회로(13)의 출력을 활성화 또는 비활성화하는 스위치(17)에 연결되어 있는 LED 드라이버 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 입력 단자(5)는, 상기 비교기 회로(13) 내의 분압기 네트워크에 영향을 끼치는 스위치(19)에 연결되어 있는 LED 드라이버 회로.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    션트 저항기(Rs)는 상기 비교기 회로(13)에 공급되는 대응 전압을 정하기 위해 LED 전류(ILED)를 수신하는 LED 드라이버 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전압은 로우-패스 필터(23)를 통해 상기 비교기 회로에 공급되는 LED 드라이버 회로.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨버터(11)는 (스텝) 다운 컨버터 또는 버크(buck) 컨버터인 LED 드라이버 회로.
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