KR20140022344A - Switch control device, power supply device comprising the same, and driving method of power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시 예는 스위치 제어 장치, 이를 포함하는 전력 공급 장치에 관한 것이다. 아울러, 본 발명의 실시 예는 전력 공급 장치의 구동 방법에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a switch control apparatus and a power supply apparatus including the switch control apparatus. In addition, an embodiment of the present invention relates to a method of driving a power supply apparatus.
LED 열은 직렬 연결된 복수의 LED 소자를 포함한다. 종래에 LED 열에 공급되는 LED 전류를 일정하게 제어(Constant Current 제어, 이하, CC 제어)하기 위해 LED 전류의 피크를 감지한다.The LED row includes a plurality of LED elements connected in series. Conventionally, the peak of the LED current is sensed to constantly control the LED current supplied to the LED heat (Constant Current control, hereinafter, CC control).
LED 전류를 공급하기 위해 벅 컨버터를 사용하는 조건에서, 입력 전압, 인덕터, 출력 전압의 변화는 LED 전류에 영향을 끼친다.Under conditions where a buck converter is used to supply the LED current, variations in the input voltage, inductor, and output voltage affect the LED current.
예를 들어, 벅 컨버터의 입력 전압이 출력 전압보다 낮을 때는 출력단에 전력이 공급되지 않는다. 구체적으로, 입력 전압이 정현파를 따르고, 출력 전압이 일정한 레벨로 유지될 때, 입력 전압이 출력 전압보다 작아지는 구간이 발생한다. 이 기간 동안 전력 공급 동작이 수행되지 않으므로, 이 기간에 따라 LED 전류가 변한다.For example, when the input voltage of the buck converter is lower than the output voltage, no power is supplied to the output stage. Specifically, when the input voltage follows a sine wave and the output voltage is maintained at a constant level, a section in which the input voltage is smaller than the output voltage occurs. Since no power supply operation is performed during this period, the LED current changes with this period.
또한, 인덕터의 인덕턴스에 따라 인덕터 전류의 리플이 변한다. 예를 들어, 인덕턴스가 작을 수록 리플이 증가한다. LED 전류는 인덕터 전류의 평균으로 추정되므로, 리플이 증가할수록 LED 전류가 감소한다.In addition, the ripple of the inductor current changes according to the inductance of the inductor. For example, the smaller the inductance, the higher the ripple. Since the LED current is estimated as the average of the inductor current, the LED current decreases as the ripple increases.
이와 같이, 입력 전압, 출력 전압, 및 인덕터의 영향으로 인한 LED 전류의 오차가 발생한다.As such, errors in the LED current occur due to the influence of the input voltage, output voltage, and inductor.
LED 전류의 오차를 감소시켜 CC 제어를 따라 LED 전류가 생성되는 스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법, 및 이를 포함하는 전원 공급 장치를 제공하고자 한다.The present invention provides a switch control device, a switch control method, and a power supply including the same, in which the LED current is generated under CC control by reducing the error of the LED current.
본 발명의 실시 예에 따른 전력 공급 장치는, 교류 입력에 연결되어 있는 정류 회로, 온-기간 동안 상기 정류 회로를 통과한 입력 전류가 흐르는 전력 스위치, 및 스위치 제어 장치를 포함한다. The power supply apparatus according to the embodiment of the present invention includes a rectifier circuit connected to an AC input, a power switch through which the input current flows through the rectifier circuit during an on-period, and a switch control device.
상기 스위치 제어 장치는, 상기 온-기간의 중간 시점인 하프-온 시점을 검출하고, 상기 온-기간 동안 상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압을 상기 하프-온 시점에 검출하고, 상기 검출된 전압에 따라 기준 파형을 조절하여 변조 파형을 생성하고, 상기 변조 파형에 따라 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어한다. The switch control device detects a half-on time point, which is an intermediate time point of the on-period, detects a sensing voltage corresponding to a current flowing through the power switch during the on-period at the half-on time point, and detects the detected voltage. The modulation waveform is generated by adjusting the reference waveform according to the voltage, and the switching operation of the power switch is controlled according to the modulation waveform.
상기 스위치 제어 장치는, 상기 하프-온 시점에 상기 감지 전압을 전달받아 전류 감지 전압을 생성하고, 상기 전류 감지 전압과 소정의 기준 전압 간의 차에 따라 피드백 전압을 생성하며, 상기 기준 파형을 상기 피드백 전압에 따라 조절한다.The switch control device receives the sensing voltage at the half-on time, generates a current sensing voltage, generates a feedback voltage according to a difference between the current sensing voltage and a predetermined reference voltage, and feeds the reference waveform to the feedback. Adjust according to the voltage.
상기 스위치 제어 장치는, 상기 하프-온 시점에 동기되어 발생하는 하프-온 펄스에 따라 상기 감지 전압을 전달받아 상기 전류 감지 전압을 생성하는 전류 검출기, 상기 전류 감지 전압과 상기 기준 전압 간의 차에 따라 증가 또는 감소하는 피드백 전압을 생성하는 피드백부, 및 상기 피드백 전압을 상기 기준 파형에 곱하여 상기 변조 파형을 생성하는 정현파 조절부를 포함한다.The switch control device may include a current detector configured to receive the sensed voltage according to a half-on pulse generated in synchronization with the half-on time and generate the current sensed voltage, and according to a difference between the current sensed voltage and the reference voltage. A feedback unit for generating an increasing or decreasing feedback voltage, and a sinusoidal control unit for generating the modulation waveform by multiplying the feedback voltage by the reference waveform.
상기 전류 검출기는, 상기 감지 전압에 연결되어 있는 입력단을 포함하는 버퍼, 상기 버퍼의 출력단에 연결되어 있고, 상기 하프-온 펄스에 따라 스위칭하는 검출 스위치, 및 상기 검출 스위치를 통해 전달되는 감지 전압이 저장되는 커패시터를 포함한다.The current detector may include a buffer including an input terminal connected to the sensing voltage, a detection switch connected to an output terminal of the buffer and switching according to the half-on pulse, and a sensing voltage transmitted through the detection switch. A capacitor to be stored.
상기 피드백부는, 상기 기준 전압이 입력되는 제1 단자 및 상기 전류 감지 전압이 입력되는 제2 단자를 포함하고, 상기 제1 단자의 입력 및 상기 제2 단자의 입력 간의 차를 증폭하여 출력을 생성하는 오차 증폭기, 및 상기 오차 증폭기의 출력이 전달되는 커패시터를 포함한다.The feedback unit includes a first terminal to which the reference voltage is input and a second terminal to which the current sensing voltage is input, and amplifies a difference between an input of the first terminal and an input of the second terminal to generate an output. An error amplifier, and a capacitor to which the output of the error amplifier is delivered.
상기 스위치 제어 장치는, 상기 전력 스위치의 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눈 전압을 하프-온 기준 준압으로 샘플링하고, 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압이 상기 하프-온 기준 준압에 도달한 시점을 상기 하프-온 시점으로 감지하는 하프-온 검출기를 더 포함한다.The switch control device is configured to sample a voltage divided by half the voltage charged during the on-period of the immediately preceding switching period by a half-on reference voltage, and the voltage charged during the on-period of the current switching period is half The apparatus further includes a half-on detector configured to detect the time point at which the on-reference reference voltage is reached as the half-on time point.
상기 하프-온 검출기는, 상기 전력 스위치의 턴 오프 시점에 동기되어 샘플링을 지시하는 샘플링 신호 및 리셋을 지시하는 리셋 신호를 생성하는 샘플링/리셋 신호 생성부, 상기 전력 스위치의 온-기간에 따르는 온-기간 전압을 생성하는 충전부, 상기 샘플링 신호에 따라 상기 온-기간 전압을 샘플링하고, 샘플링된 전압을 반으로 나누어 하프-온 기준 전압을 생성하는 샘플링부, 및 상기 하프-온 기준 전압과 상기 온-기간 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 하프-온 시점에 동기된 하프-온 펄스를 생성하는 하프-온 펄스 생성부를 포함한다.The half-on detector may include a sampling / reset signal generator configured to generate a sampling signal indicating sampling and a reset signal indicating reset in synchronization with a turn-off time of the power switch, and an ON-period of the power switch. A charging unit for generating a period voltage, a sampling unit for sampling the on-period voltage according to the sampling signal and generating a half-on reference voltage by dividing the sampled voltage in half, and the half-on reference voltage and the on A half-on pulse generator for comparing the period voltages and generating half-on pulses synchronized to the half-on timing according to the comparison result.
상기 샘플링/리셋 신호 생성부는, 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 전압을 반전한 레벨을 출력하는 인버터, 상기 게이트 전압을 소정의 제1 지연 기간만큼 지연시켜 출력하는 제1 지연부, 상기 인버터의 출력 및 상기 제1 지연부의 출력을 논리 곱 연산하여 샘플링 신호를 생성하는 AND 게이트, 및 상기 샘플링 심호를 소정의 제2 지연 기간만큼 지연시켜 출력하는 제2 지연부를 포함한다.Wherein the sampling / reset signal generator comprises: an inverter for outputting a level inverted from a gate voltage for controlling the switching operation of the power switch; a first delay unit delaying the gate voltage by a predetermined first delay period and outputting the delayed signal; An AND gate for generating a sampling signal by performing an AND operation on the output of the first delay unit and the output of the first delay unit, and a second delay unit for delaying and outputting the sampling channel by a predetermined second delay period.
상기 충전부는, 커패시터, 충전 전류를 생성하는 전류원, 상기 전류원과 상기 커패시터 사이에 연결되어 있고, 상기 전력 스위치의 온-기간 동안 턴 온 되어 있는 충전 스위치, 및 상기 커패시터에 병렬 연결되어 있고, 상기 리셋 신호에 따라 스위칭하는 리셋 스위치를 포함한다.The charging unit includes a capacitor, a current source for generating a charging current, a charging switch connected between the current source and the capacitor and turned on during an on-period of the power switch, and connected in parallel with the capacitor, and the reset It includes a reset switch for switching in accordance with the signal.
상기 샘플링부는, 상기 샘플링 신호에 따라 스위칭하고, 상기 온-기간 전압을 제1 접점에 전달하는 샘플링 스위치, 상기 제1 접점과 그라운드 사이에 연결되어 있는 커패시터, 및 상기 제1 접점과 그라운드 사이에 직렬 연결되어 있는 제1 및 제2 저항을 포함하고, 상기 제1 저항 및 제2 저항이 연결되어 있는 제2 접점의 전압이 상기 하프-온 기준 전압이다.Wherein the sampling unit comprises: a sampling switch for switching in accordance with the sampling signal and transmitting the on-period voltage to a first contact; a capacitor connected between the first contact and ground; And a voltage of a second contact to which the first resistor and the second resistor are connected is the half-on reference voltage.
상기 하프-온 펄스 생성부는, 상기 온-기간 전압과 상기 하프-온 기준 전압을 비교한 결과를 출력하는 비교기, 상기 비교기의 출력을 반전시켜 출력하는 인버터, 상기 인버터의 출력을 제3 지연 기간만큼 지연시켜 출력하는 지연부, 및 상기 지연부의 출력 및 상기 비교기의 출력을 논리 곱 연산하여 상기 하프-온 펄스를 생성하는 AND 게이트를 포함한다.The half-on pulse generator includes a comparator for outputting a result of comparing the on-period voltage and the half-on reference voltage, an inverter for inverting and outputting the output of the comparator, And an AND gate for generating the half-on pulse by performing a logical product of the output of the delay unit and the output of the comparator.
상기 기준 파형은, 상기 교류 입력의 주파수에 동기된 파형일 수 있다. 상기 스위치 제어 장치는, 상기 입력 전압의 영전압 교차 시점을 감지하여, 상기 입력 전압의 한 주기를 검출하고, 상기 입력 전압의 한 주기와 동일한 주기를 가지는 상기 기준 파형을 생성한다. 또는 상기 기준 파형은, DC 전압일 수 있다.The reference waveform may be a waveform synchronized with the frequency of the AC input. The switch control device detects a zero voltage crossing point of the input voltage, detects one period of the input voltage, and generates the reference waveform having a period equal to one period of the input voltage. Alternatively, the reference waveform may be a DC voltage.
본 발명의 실시 예에 따른 전력 공급 장치의 구동 방법은, 전력 스위치의 온-기간 동안 교류 입력으로부터 상기 전력 스위치를 통해 입력 전류가 흐르는 단계, 상기 온-기간의 중간 시점인 하프-온 시점을 검출하는 단계, 상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압을 상기 하프-온 시점에 검출하는 단계, 상기 검출된 전압에 따라 기준 파형을 조절하여 변조 파형을 생성하는 단계, 및 상기 변조 파형과 상기 감지 전압을 비교한 결과에 따라 상기 전력 스위치를 스위칭하는 단계를 포함한다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, a method of driving a power supply device may include detecting input of an input current flowing from an AC input through an electric power switch during an on-period of a power switch, and a half-on time, which is an intermediate point of the on-period. Detecting a sensed voltage corresponding to a current flowing through the power switch at the half-on time; generating a modulated waveform by adjusting a reference waveform according to the detected voltage; and generating the modulated waveform and the sensed voltage. And switching the power switch according to a result of comparing.
상기 하프-온 시점에 감지 전압을 검출하는 단계는, 상기 하프-온 시점에 상기 감지 전압이 커패시터에 저장되어 전류 감지 전압이 생성되는 단계를 포함한다.The detecting of the sensing voltage at the half-on time includes generating the current sensing voltage by storing the sensing voltage in a capacitor at the half-on time.
상기 변조 파형을 생성하는 단계는, 상기 전류 감지 전압과 소정의 기준 전압 간의 차에 따라 피드백 전압을 생성하며, 상기 기준 파형을 상기 피드백 전압에 따라 조절하는 단계를 포함한다.The generating of the modulation waveform may include generating a feedback voltage according to a difference between the current sensing voltage and a predetermined reference voltage, and adjusting the reference waveform according to the feedback voltage.
상기 기준 파형을 상기 피드백 전압에 따라 조절하는 단계는, 상기 기준 파형에 상기 피드백 전압을 곱하는 단계를 포함한다.Adjusting the reference waveform according to the feedback voltage includes multiplying the reference waveform by the feedback voltage.
상기 하프-온 시점을 검출하는 단계는, 상기 전력 스위치의 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눠 하프-온 기준 전압으로 샘플링 하는 단계, 및 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압이 상기 하프-온 기준 준압에 도달한 시점을 상기 하프-온 시점으로 감지하는 단계를 포함한다.The step of detecting the half-on time comprises: sampling the charged voltage during half-on-half half-on voltage reference during the on-period of the immediately preceding switching period of the power switch; On point of time when the voltage that has reached the half-on reference reference pressure reaches the half-on reference reference pressure.
상기 전력 스위치를 스위칭하는 단계는, 상기 감지 전압이 상기 변조 파형에 도달하면 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키는 단계를 포함한다.Switching the power switch includes turning off the power switch when the sense voltage reaches the modulation waveform.
본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치는 교류 입력을 전력 스위치의 스위칭 동작에 따라 변환하는 전력 공급 장치에 적용된다. Switch control apparatus according to an embodiment of the present invention is applied to a power supply for converting an AC input according to the switching operation of the power switch.
상기 스위치 제어 장치는, 상기 전력 스위치의 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눈 전압을 하프-온 기준 준압으로 샘플링하고, 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압이 상기 하프-온 기준 준압에 도달한 시점을 상기 하프-온 시점으로 감지하는 하프-온 검출기, 상기 하프-온 시점에 상기 감지 전압을 전달받아 전류 감지 전압을 생성하는 전류 검출기, 상기 전류 감지 전압과 소정의 기준 전압 간의 차에 따라 피드백 전압을 생성하는 피드백부, 및 상기 교류 입력 주파수에 동기된 기준 파형을 상기 피드백 전압에 따라 조절하는 정현파 조절기를 포함한다.The switch control device is configured to sample a voltage divided by half the voltage charged during the on-period of the immediately preceding switching period by a half-on reference voltage, and the voltage charged during the on-period of the current switching period is half A half-on detector that detects a time point when an on-reference reference voltage is reached as the half-on time point, a current detector that receives the sensed voltage at the half-on time point and generates a current sense voltage, A feedback unit for generating a feedback voltage according to a difference between the reference voltages, and a sine wave controller for adjusting a reference waveform synchronized with the AC input frequency according to the feedback voltage.
상기 하프-온 검출기는, 상기 전력 스위치의 턴 오프 시점에 동기되어 샘플링을 지시하는 샘플링 신호 및 리셋을 지시하는 리셋 신호를 생성하는 샘플링/리셋 신호 생성부, 상기 전력 스위치의 온-기간에 따르는 온-기간 전압을 생성하는 충전부, 상기 샘플링 신호에 따라 상기 온-기간 전압을 샘플링하고, 샘플링된 전압을 반으로 나누어 하프-온 기준 전압을 생성하는 샘플링부, 및 상기 하프-온 기준 전압과 상기 온-기간 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 하프-온 시점에 동기된 하프-온 펄스를 생성하는 하프-온 펄스 생성부를 포함한다. The half-on detector may include a sampling / reset signal generator configured to generate a sampling signal indicating sampling and a reset signal indicating reset in synchronization with a turn-off time of the power switch, and an ON-period of the power switch. A charging unit for generating a period voltage, a sampling unit for sampling the on-period voltage according to the sampling signal and generating a half-on reference voltage by dividing the sampled voltage in half, and the half-on reference voltage and the on A half-on pulse generator for comparing the period voltages and generating half-on pulses synchronized to the half-on timing according to the comparison result.
LED 전류의 오차를 감소시켜 CC 제어를 따라 LED 전류가 생성되는 스위치 제어 장치, 스위치 제어 방법, 및 이를 포함하는 전원 공급 장치를 제공한다. By reducing the error of the LED current to provide a switch control device, a switch control method, and a power supply including the LED current is generated according to the CC control.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치 및 이를 포함하는 벅 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 전류를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하프-온 검출기를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 제어 신호, 샘플링 신호, 리셋 신호, 온-기간 전압, 및 하프-온 펄스를 나타낸 파형도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전류 검출기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 제어 신호, 하프-온 펄스, 및 감지 전압을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a switch control device and a buck converter including the same according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an LED current according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a half-on detector according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a waveform diagram illustrating a gate control signal, a sampling signal, a reset signal, an on-period voltage, and a half-on pulse according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a view showing the configuration of a current detector according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a gate control signal, a half-on pulse, and a sense voltage according to an exemplary embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스위치 제어 장치 및 이를 포함하는 벅 컨버터를 나타낸 도면이다. 벅 컨버터(10)는 LED 열(20)에 연결되어 있다. LED 열(20)은 직렬 연결되어 있는 복수의 LED 소자를 포함한다.1 is a view showing a switch control device and a buck converter including the same according to an embodiment of the present invention. The
벅 컨버터(10)는 정류 회로(30), EMI 필터(40), 다이오드(FRD), 인덕터(L), 전력 스위치(M), 감지 저항(RS), 및 스위치 제어 장치(100)를 포함한다. The
정류 회로(30)는 브릿지 다이오드로 구현되고, 4 개의 정류 다이오드(31-34)를 포함하고, 교류 입력(AC)에 연결된 두 입력단(35, 36), 그라운드에 연결된 제1 단(37), 및 LED 열(20)에 연결된 제2 단(38)을 포함한다. The
정류 회로(30)는 교류 입력(AC)을 전파 정류하여 입력 전압(Vin)을 생성한다. 입력 전압(Vin)은 전파 정류 정현파이다. 전력 스위치(M)의 온 기간 동안 교류 입력(AC)으로부터 생성된 전류가 그라운드를 통해 다시 교류 입력(AC)으로 흐른다. 이 전류는 정류 회로(30)를 통해 정류되어 입력 전류(Iin)가 된다. The rectifying
EMI 필터(40)는 정류 회로(30)를 통해 교류 입력(AC)에 연결된 전원 라인에 발생하는 노이즈를 제거하여 다음 단(next stage)에 위치한 소자 또는 회로를 보호한다. EMI 필터(40)는 두 개의 인덕터(L1, L2) 및 두 개의 커패시터(C1, C2)를 포함한다. The
인덕터(L1)는 정류 회로(30)의 제2 단(38)에 연결되어 있는 일단 및 LED 열(20)에 연결되어 있는 타단을 포함하고, 인덕터(L2)는 정류 회로(30)의 제1 단(37)에 연결되어 있는 일단 및 그라운드에 연결되어 있는 타단을 포함한다. 커패시터(C1)는 인덕터(L1)의 일단 및 인덕터(L2)의 일단에 연결되어 있고, 커패시터(C2)는 인덕터(L2)의 타단 및 인덕터(L2)의 타단에 연결되어 있다. The inductor L1 includes one end connected to the second end 38 of the
전력 스위치(M)는 스위치 제어 장치(100)로부터 전달되는 게이트 전압(VG)에 따라 스위칭 동작한다. 전력 스위치(M)는 NMOSFET(n-channel metal oxide semiconductor filed effect transistor)로 구현된다. 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 다른 타입의 트랜지스터 소자가 적용될 수 있다.The power switch M is switched according to the gate voltage VG transmitted from the
LED 열(20)의 일단은 EMI 필터(40)를 통해 입력 전압(Vin)에 연결되어 있고, LED 열(20)의 타단은 인덕터(L)의 일단에 연결되어 있다. 다이오드(FRD)는 전력 스위치(M)의 드레인 전극과 LED 열(20)의 일단에 연결되어 있다. 전력 스위치(M)가 오프 상태인 기간 중 LED 열(20)과 인덕터(L)에 흐르는 프리 휠링 전류가 다이오드(FRD)를 통해 흐른다. One end of the
전력 스위치(M)의 드레인 전극은 인덕터(L)의 타단에 연결되어 있고, 소스 전극은 감지 저항(RS)의 일단에 연결되어 있다. 전력 스위치(M)의 게이트 전극에는 스위치 제어 장치(100)로부터 전달되는 게이트 전압(VG)이 입력된다. 전력 스위치(M)는 게이트 전압(VG)에 의해 스위칭 된다. The drain electrode of the power switch M is connected to the other end of the inductor L, and the source electrode thereof is connected to one end of the sense resistor RS. The gate voltage VG transmitted from the
전력 스위치(M)가 턴 온일 때, 입력 전압(Vin)에 따라 증가하는 인덕터 전류(IL)가 LED 열(20) 및 전력 스위치(M)를 통해 흐흐고, 인덕터(L)에는 인덕터 전류(IL)에 의해 에너지가 저장된다. 이 때, 전력 스위치(M)에 흐르는 전류(이하, 드레인 전류(IDS)라 함)가 감지 저항(RS)에 흘러 감지 전압(VS)이 발생한다.When the power switch M is turned on, the inductor current IL, which increases with the input voltage Vin, flows through the
전력 스위치(M)가 턴 오프일 때, 턴 온 기간 동안 인덕터(L)에 저장된 에너지가 존재하는 기간 동안 인덕터 전류(IL)가 흐른다. 이 때 인덕터 전류(IL)는 감소한다. 이 때, 감소하는 인덕터 전류가 다이오드(FRD)를 통해 LED 열(20)로 흐른다. When the power switch M is turned off, the inductor current IL flows during the period of the energy stored in the inductor L during the turn on period. At this time, the inductor current IL decreases. At this time, the decreasing inductor current flows to the
전력 스위치(M)의 턴 온 기간 동안, 입력 전류(Iin)는 교류 입력(AC)으로부터 전력 스위치(M) 및 그라운드를 통해 다시 교류 입력(AC)으로 흐른다. 이 때, 입력 전류(Iin), LED 전류(ILED)와 드레인 전류(IDS)는 동일하다. 전력 스위치(M)의 턴 오프 기간 동안, 입력 전류(Iin) 및 드레인 전류(IDS)는 발생하지 않고, LED 전류(ILED)가 다이오드(FRD)를 통해 프리 휠링한다.During the turn-on period of the power switch M, the input current Iin flows from the AC input AC through the power switch M and ground again to the AC input AC. At this time, the input current Iin, the LED current ILED, and the drain current IDS are the same. During the turn-off period of the power switch M, the input current Iin and the drain current IDS are not generated, and the LED current ILED freeways through the diode FRD.
LED 전류(ILED)와 인덕터 전류(IL)은 동일하므로, 구분하지 않는다. 입력 전류(Iin)와 LED 전류(ILED)도 노이즈 성분을 제외하면 동일하다. Since the LED current ILED and the inductor current IL are the same, they are not distinguished. Input current (Iin) and LED current (ILED) are also the same except for noise components.
스위치 제어 장치(100)는 전력 스위치(M) 온-기간의 중간 시점인 하프-온 시점을 검출하고, 하프-온 시점의 감지 전압(VS)을 이용해 전력 스위치(M)의 스위칭 한 주기 동안의 LED 전류(ILED)를 산출한다. The
전력 스위치(M)의 스위칭 한 주기 동안의 LED 전류(ILED)는 전력 스위치(M)의 스위칭 한 주기 동안의 LED 전류(ILED)의 평균으로 설정한다. LED 전류(ILED)는 전력 스위치(M)의 온-기간 동안 증가하고, 오프-기간 동안 감소한다. 이 기간 동안의 LED 전류(ILED)의 평균은 하프-온 시점의 값과 동일하다. The LED current ILED during the switching cycle of the power switch M is set to the average of the LED current ILED during the switching cycle of the power switch M. FIG. The LED current ILED increases during the on-period of the power switch M and decreases during the off-period. The average of the LED current (ILED) during this period is equal to the value at the half-on time point.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 전류를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 LED 전류(ILED)의 파형은 전력 스위치(M)의 스위칭 한 주기 정도의 기간이다. 2 is a view showing an LED current according to an embodiment of the present invention. The waveform of the LED current ILED shown in FIG. 2 is a period of one cycle of switching of the power switch M. FIG.
도 2에 도시된 바와 같이 전력 스위치(M)의 온-기간(T0)동안 LED 전류(ILED)는 증가하고, 오프-기간(T2) 동안 LED 전류(ILED)는 감소한다. 이 때, 온-기간(T0)의 중간 시점인 하프-온 시점(T1)의 LED 전류(ILED) 값이 전력 스위치(M)의 스위칭 한 주기(T0+T2)의 평균이다. As shown in FIG. 2, the LED current ILED increases during the on-period TO of the power switch M, and the LED current ILED decreases during the off-period T2. At this time, the LED current ILED value of the half-on time point T1, which is the middle time point of the on-period T0, is an average of the switching period T0 + T2 of the power switch M. FIG.
도 2에 도시된 바와 같이, 가로 선으로 표시된 영역 S1 및 S2가 동일하고, 세로 선으로 표시된 영역 S3 및 S4가 동일하므로, 하프-온 시점 T1의 LED 전류(ILED) 값이 전력 스위치(M)의 스위칭 한 주기 동안의 평균이다. As shown in FIG. 2, since the regions S1 and S2 indicated by the horizontal lines are the same, and the regions S3 and S4 indicated by the vertical lines are the same, the LED current ILED value of the half-on time point T1 is the power switch M. FIG. Is the average over one switching cycle.
본 발명의 실시 예에서는 하프-온 시점의 LED 전류(ILED)에 따라 기준 정현파를 조절하여 LED 전류(ILED)가 입력 전압, 출력 전압, 및 인덕터(L)의 인덕턴스에 영향을 받지않고, CC 제어에 따르도록 한다. In the embodiment of the present invention, the reference sine wave is adjusted according to the LED current (ILED) at the half-on time, so that the LED current (ILED) is not affected by the input voltage, the output voltage, and the inductance of the inductor (L). To follow.
구체적으로, 스위치 제어 장치(100)는 전력 스위치(M)의 스위칭 주기 마다 LED 전류(ILED)를 산출하고, 산출된 LED 전류(ILED)에 따라 기준 정현파(SREF)를 조절하여 변조 정현파(MREF)를 생성하고, 변조 정현파(MREF)와 드레인 전류(IDS)에 따르는 감지 전압(VS)을 비교한 결과에 따라 스위칭 동작을 제어한다.Specifically, the
예를 들어, 스위치 제어 장치(100)는 감지 전압(VS)이 변조 정현파(MREF)에 도달하는 시점에 전력 스위치(M)를 턴 오프 시키고, 스위칭 주파수를 결정하는 클록 신호(CLK)의 상승 에지 시점에 전력 스위치(M)를 턴 온 시킨다.For example, the
스위치 제어 장치(100)는 정현파 생성부(110), 오프 비교기(120), 오실레이터(130), SR 플립플롭(140), 게이트 구동부(150), 하프-온 검출기(200), 전류 검출기(300), 피드백부(400), 및 정현파 조절부(500)를 포함한다.The
정현파 생성부(110)는 입력 전압(Vin)의 영전압 교차 시점을 감지하고 입력 전압(Vin)의 한 주기를 검출하며, 입력 전압(Vin)의 한 주기와 동일한 주기의 전파 정류 정현파인 기준 정현파(SREF)를 생성한다. 기준 정현파(SREF)는 교류 입력 주파수에 동기된 기준 파형의 일 예이지, 본 발명의 기준 파형이 정현파(sine wave)에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 기준 파형은 정현파의 제곱(SREF1), 삼각파(SREF2), 및 구형파(SERF3) 중 하나일 수 있다.The sinusoidal wave generating unit 110 detects a zero voltage crossing point of the input voltage Vin and detects one period of the input voltage Vin and generates a sinusoidal wave having a reference sinusoidal wave (SREF). The reference sinusoidal wave SREF is an example of a reference waveform synchronized with an AC input frequency, and the reference waveform of the present invention is not limited to a sine wave. For example, as shown in FIG. 1, the reference waveform may be one of a sine wave SREF1, a triangle wave SREF2, and a square wave SERF3.
또는, 교류 입력 주파수에 동기되지 않은 DC 전압을 기준 파형으로 사용할 수도 있다. Alternatively, a DC voltage not synchronized to the AC input frequency may be used as the reference waveform.
정현파 조절부(500)는 피드백 전압(FB)에 따라 기준 정현파(SREF)를 조절하여 변조 정현파(MREF)를 생성한다. 정현파 조절부(500)는 피드백 전압(FB)을 기준 정현파(SREF)에 곱하여 변조 정현파(MREF)를 생성할 수 있다. 변조 정현파(MREF)는 기준 정현파(SREF)에 따라 생성된 것일 뿐, 본 발명의 변조 파형이 변조 정현파에 제한되는 것은 아니다. 피드백 전압에 따라 기준 파형이 조절되어 변조 파형이 생성되므로, 변조 파형은 기준 파형에 따라 변경된다.The
오프 비교기(120)는 변조 정현파(MREF)와 감지 전압(VS)를 비교하여, 감지 전압(VS)이 변조 정현파(MREF)에 도달하는 시점에 전력 스위치(M)를 턴 오프시키기 위한 하이 레벨의 오프 신호(OFF)를 생성한다. The off
오프 비교기(120)의 반전 단자(-)에 변조 정현파(MREF)가 입력되고, 오프 비교기(120)의 비반전 단자(+)에 감지 전압(VS)이 입력되며, 오프 비교기(120)는 비반전 단자(+)의 입력이 반전 단자(-)의 입력 이상일 때 하이 레벨의 오프 신호(OFF)를 생성하고, 그 반대의 경우 로우 레벨의 오프 신호(OFF)를 생성한다. The modulated sine wave MREF is input to the inverting terminal (-) of the
오실레이터(130)는 전력 스위치(M)의 스위칭 주기를 결정하는 클록 신호(CLK)를 생성한다.The
SR 플립플롭(140)은 클록 신호(CLK)에 따라 전력 스위치(M)를 턴 온 시키는 게이트 제어 신호(VGC)를 생성하고, 오프 신호(OFF)에 따라 전력 스위치(M)를 턴 오프 시키는 게이트 제어 신호(VGC)를 생성한다. SR 플립플롭(140)은 클록 신호(CLK)가 입력되는 셋단(S) 및 오프 신호(OFF)가 입력되는 리셋단(R)을 포함한다.The SR flip-
SR 플립플롭(140)은 셋단(S) 입력이 하이 레벨일 때 하이 레벨의 게이트 제어 신호(VGC)를 생성하고, 리셋단(R) 입력이 하이 레벨일 때 로우 레벨의 게이트 제어 신호(VGC)를 생성한다.The SR flip-
게이트 구동부(150)는 게이트 제어 신호(VGC)에 따라 게이트 전압(VG)을 생성한다. 예를 들어, 게이트 구동부(150)는 하이 레벨의 게에트 제어 신호(VGC)에 따라 하이 레벨(인에이블 레벨)의 게이트 전압(VG)을 생성하고, 로우 레벨의 게이트 제어 신호(VGC)에 따라 로우 레벨(디스에이블 레벨)의 게이트 전압(VG)을 생성한다.The
하프-온 검출기(200)는 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눠 샘플링한 전압(이하, 하프-온 기준 전압)(HRV)과 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압을 비교한 결과에 따라 하프-온 시점을 검출한다. The half-on
즉, 전력 스위치(M)가 턴 온 된 시점부터 충전되는 전압이 직전 스위칭 주기에서 설정된 하프-온 기준 전압(HRV)에 도달하는 시점이 현재 스위칭 주기의 하프-온 시점으로 검출된다.That is, the time when the voltage charged from the time when the power switch M is turned on reaches the half-on reference voltage HRV set in the immediately preceding switching period is detected as the half-on time of the current switching cycle.
이하, 도 3을 참조하여 하프-온 검출기(200)를 설명한다.Hereinafter, the half-on
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하프-온 검출기를 나타낸 도면이다. 3 is a diagram illustrating a half-on detector according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 하프-온 검출기(200)는 샘플링/리셋 신호 생성부(210), 충전부(220), 샘플링부(230), 및 하프-온 펄스 생성부(240)를 포함한다. 도 1에 도시된 하프-온 검출기(200)는 게이트 제어 신호(VGC)를 입력받는다. 그러나 본 발명의 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니고 게이트 제어 신호(VGC) 대신 게이트 전압(VG)을 입력받을 수 있다.As shown in FIG. 3, the half-on
샘플링/리셋 신호 생성부(210)는 전력 스위치(M)의 턴 오프 시점에 동기되어 샘플링을 지시하는 샘플링 신호(VSA)와 리셋을 지시하는 리셋 신호(VRE)를 생성한다. 샘플링/리셋 신호 생성부(210)는 게이트 제어 신호(VGC)을 이용하여 턴 오프 시점을 감지할 수 있다. The sampling /
샘플링/리셋 신호 생성부(210)는 인버터(211), 지연부(212), AND 게이트(213), 및 지연부(214)를 포함한다.The sampling /
인버터(211)는 게이트 제어 신호(VGC)를 반전한 레벨을 출력한다. 인버터(211)는 하이 레벨의 게이트 제어 신호(VGC)를 반전한 로우 레벨을 출력하고, 로우 레벨의 게이트 제어 신호(VGC)를 반전한 하이 레벨을 출력한다.The
지연부(212)는 게이트 제어 신호(VGC)를 입력받고, 게이트 제어 신호(VGC)를 소정의 제1 지연 기간(DL1)만큼 지연시켜 출력한다. The
AND 게이트(213)는 인버터(211)의 출력 및 지연부(212)의 출력을 입력받고, 입력들을 논리 곱 연산하여 샘플링 신호(VSA)를 생성한다.The AND
지연부(214)는 샘플링 신호(VSA)를 입력받고, 샘플링 신호(VSA)를 소정의 제2 지연 기간(DL2)만큼 지연시켜 리셋신호(VRE)로 출력한다. 본 발명의 실시 예에서는 제1 지연 기간(DL1)과 제2 지연 기간(DL2)이 동일하게 설정되어 있다. The
충전부(220)는 온-기간에 따르는 온-기간 전압(VON)을 생성한다. 충전부(220)는 게이트 제어 신호(VGC)에 따라 온-기간 동안 커패시터(223)를 충전 전류(ICH1)로 충전시켜 온-기간 전압(VON)을 생성하고, 리셋신호(VRE)에 따라 온-기간 전압(VON)을 리셋시킨다.The charging
충전부(220)는 전류원(221), 충전 스위치(222), 커패시터(223), 및 리셋 스위치(224)를 포함한다.The charging
전류원(221)은 전압(VCC)에 연결되어 있고, 전압(VCC)을 이용하여 충전 전류(ICH1)를 생성한다.The
충전 스위치(222)는 전류원(221)에 연결되어 있는 일단 및 커패시터(223)에 연결되어 있는 타단을 포함하고, 게이트 제어 신호(VGC)에 따라 스위칭한다. 충전 스위치(222)는 게이트 제어 신호(VGC)의 인에이블 레벨(본 발명의 실시 예에서는 하이 레벨)에 의해 턴 온 된다. The
충전 스위치(222)의 턴 온 기간 동안, 충전 전류(ICH1)에 의해 커패시터(223)가 충전되면서, 온-기간 전압(VON)이 상승한다. 커패시터(223)의 타단은 그라운드에 연결되어 있다. During the turn-on period of the
리셋 스위치(224)는 커패시터(223)의 일단에 연결되어 있는 일단 및 그라운드에 연결되어 있는 타단을 포함하고, 리셋 신호(VRE)에 따라 스위칭한다. 리셋 스위치(224)는 하이 레벨의 리셋 신호(VRE)에 의해 턴 온 되어, 커패시터(223)를 방전시킨다. 그러면, 온-기간 전압(VON)이 영전압으로 리셋된다.The
샘플링부(230)는 샘플링 신호(VSA)에 따라 온-기간 전압(VON)을 샘플링하고, 샘플링된 전압을 반으로 나누어 하프-온 기준 전압(HRV)을 생성한다. The
샘플링부(230)는 샘플링 스위치(231), 커패시터(232), 및 두 개의 저항(233, 234)을 포함한다. The
샘플링 스위치(231)는 온-기간 전압(VON)에 연결되어 있는 일단 및 접점(N1)에 연결되어 있는 타단을 포함하고, 샘플링 신호(VSA)에 따라 스위칭한다. 샘플링 스위치(231)는 하이 레벨의 샘플링 신호(VSA)에 의해 턴 온 된다. The
커패시터(232)는 접점(N1)에 연결되어 있는 일단 및 그라운드에 연결되어 있는 타단을 포함한다. 저항(233)은 접점(N1) 및 접점(N2) 사이에 연결되어 있고, 저항(234)은 접점(N2)과 그라운드 사이에 연결되어 있다. The
샘플링 스위치(231)의 온-기간 동안 접점(N1)의 전압은 온-기간 전압(VON)과 동일하고, 샘플링 스위치(231)가 턴 오프되고, 커패시터(232)에 의해 온-기간 전압(VON)이 유지된다.The voltage of the contact point N1 during the on-period of the
접점(N1)의 전압이 저항(233) 및 저항(234)에 의해 분배되고, 분배된 전압은 접점(N2)의 전압 즉, 하프-온 기준 전압(HRV)이 된다. 저항(233)과 저항(234)의 저항값이 동일하므로, 하프-온 기준 전압(HRV)은 접점(N1)의 전압 즉, 샘플링 된 온-기간 전압(VON)의 반이다. The voltage of the contact N1 is distributed by the
이와 같이, 샘플링부(230)는 전력 스위치(M)의 온-기간 동안 증가한 온-기간 전압(VON)의 반을 하프-온 기준 전압(HRV)으로 샘플링한다.As such, the
하프-온 펄스 생성부(240)는 하프-온 기준 전압(HRV)과 온-기간 전압(VON)을 비교하고, 비교 결과에 따라 하프-온 시점에 동기된 하프-온 펄스(HOP)를 생성한다.The half-on
하프-온 펄스 생성부(240)는 비교기(241), 인버터(242), 지연부(243), 및 AND 게이트(244)를 포함한다.The half-on
비교기(241)는 온-기간 전압(VON)이 입력되는 비반전 단자(+) 및 하프-온 기준 전압(HRV)이 입력되는 반전 단자(-)를 포함하고, 비반전 단자(+)의 입력이 반전 단자(-)의 입력 이상일 때 하이 레벨을 출력하며, 반대의 경우 로우 레벨을 출력한다.The
인버터(242)는 비교기(241)의 출력을 입력받고, 비교기(241)의 출력을 반전한 레벨을 출력한다.The
지연부(243)는 인버터(242)의 출력을 입력받고, 인버터(242)의 출력을 제3 지연 기간(DL3)만큼 지연한 후 출력한다.The
AND 게이트(244)는 지연부(243)의 출력 및 비교기(241)의 출력을 입력받고, 두 입력을 논리 곱 연산하여 하프-온 펄스(HOP)를 생성한다.The AND
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 하프-온 검출기(200)의 동작을 설명한다.Hereinafter, an operation of the half-on
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 제어 신호, 샘플링 신호, 리셋 신호, 온-기간 전압, 및 하프-온 펄스를 나타낸 파형도이다. 4 is a waveform diagram illustrating a gate control signal, a sampling signal, a reset signal, an on-period voltage, and a half-on pulse according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 시점 T11에 게이트 제어 신호(VGC)이 하이 레벨로 상승하고, 충전 스위치(222)가 턴 온 되어 온-기간 전압(VON)이 증가하기 시작한다. As shown in FIG. 4, the gate control signal VGC rises to a high level at a time point T11, and the
증가하던 온-기간 전압(VON)이 시점 T12에 하프-온 기준 전압(HRV)에 도달하고, 비교기(241)의 출력이 하이 레벨이 된다. 시점 T12의 하프-온 기준 전압(HRV)은 시점 T11 이전의 직전 스위칭 주기에서 온 기간 동안 커패시터(223)에 충전된 전압의 반에 해당한다.The increasing on-period voltage VON reaches the half-on reference voltage HRV at time T12, and the output of the
시점 T12에 인버터(242)의 출력은 하이 레벨이고, 비교기(241)의 출력이 하이 레벨로 상승하므로, 시점 T12부터 제3 지연 기간(DL3) 동안 하이 레벨의 하프-온 펄스(HOP)가 AND 게이트(244)로부터 생성된다.Since the output of the
시점 T12부터 제3 지연 기간(DL3)이 경과한 시점 T13에 인버터(242)의 로우 레벨 출력이 AND 게이트(244)에 입력되므로, 하프-온 펄스(HOP)는 로우 레벨이 된다.Since the low level output of the
시점 T14에 게이트 제어 신호(VGC)가 로우 레벨로 하강하고, 인버터(211)의 출력이 하이 레벨로 상승한다. 지연부(212)의 출력은 시점 T14에 하이 레벨이므로 AND 게이트(213)는 시점 T14에 하이 레벨의 샘플링 신호(VSA)를 생성한다. The gate control signal VGC falls to the low level at the time point T14, and the output of the
시점 T14에 충전 스위치(222)가 턴 오프 되고, 전력 스위치(M)의 턴 온 기간 동안 커패시터(223)에 충전된 온-기간 전압(VON)은 시점 T14부터 일정하게 유지된다.The
시점 T14부터 제1 지연 기간(DL1)이 경과한 시점 T15에 지연부(212)의 출력이 로우 레벨이 되므로, 시점 T15에 샘플링 신호(VSA)는 로우 레벨이 된다. 따라서 샘플링 신호(VSA)는 기간 T14-T15 동안 하이 레벨 펄스가 된다. Since the output of the
기간 T14-T15 동안 샘플링 스위치(231)가 턴 온 되어 있고, 온-기간 전압(VON)이 접점(N1)에 전달된다. 시점 T15에 로우 레벨의 샘플링 신호(VSA)에 따라 샘플링 스위치(231)가 턴 오프 되고, 온-기간 전압(VON)은 커패시터(232)에 의해 유지된다. 시점 T14에 접점(N1)에 전달된 온-기간 전압(VON)은 온-기간(T11-T14)에 따르는 레벨을 가지고, 하프-온 기준 전압(HRV)은 이 온-기간 전압(VON)의 반으로 설정된다. The
지연부(214)는 시점 T14부터 제2 지연 기간(DL2)만큼 샘플링 신호(VSA)를 지연시켜, 시점 T15에 리셋 신호(VRE)로 출력한다. 시점 T15에 리셋 스위치(224)는 리셋 신호(VRE)에 의해 턴 온 되어 온-기간 전압(VON)은 영전압이 된다.The
시점 T16에 게이트 제어 신호(VGC)이 하이 레벨이 되고, 시점 T16부터의 하프-온 검출기(200)는 기간 T11-T15 동안의 동작을 반복한다. The gate control signal VGC becomes a high level at the time point T16, and the half-on
제1 내지 제3 지연 기간(DL1-DL3)은 실제 300ns과 같이 짧은 시간으로 설정될 수 있다. 도 4에서는 제1 내지 제3 지연 기간(DL1-DL3)이 넓게 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 제1 내지 제3 지연 기간(DL1-DL3은 짧은 기간이다.The first to third delay periods DL1 to DL3 may be set to a short time such as 300 ns. In FIG. 4, the first to third delay periods DL1 to DL3 are broadly illustrated. However, this is merely for convenience of description, and the first to third delay periods DL1 to DL3 are short periods.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전류 검출기(300) 및 피드백부(400)를 설명한다.Hereinafter, the
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전류 검출기의 구성을 나타낸 도면이다. 설명의 편의를 위해 도 5에 전류 검출기(300)와 함께 피드백부(400)도 도시되어 있다. 5 is a view showing the configuration of a current detector according to an embodiment of the present invention. For convenience of description, the
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 게이트 제어 신호, 하프-온 펄스, 및 감지 전압을 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a gate control signal, a half-on pulse, and a sense voltage according to an exemplary embodiment of the present invention.
전류 검출기(300)는 하프-온 펄스(HOP)에 따라 감지 전압(VS)을 샘플링하여 전류 감지 전압(VIL)을 생성한다.The
전류 검출기(300)는 버퍼(310), 검출 스위치(320), 및 커패시터(330)를 포함한다. The
버퍼(310)는 감지 전압(VS)이 입력받아 다음 단(stage)으로 전달한다. 버퍼(310)의 입력단은 감지 전압(VS)에 연결되어 있고, 버퍼(310)의 출력단은 검출 스위치(320)의 일단에 연결되어 있다.The
검출 스위치(320)는 하프-온 펄스(HOP)에 따라 스위칭 동작한다. 하이 레벨의 하프-온 펄스(HOP)에 의해 검출 스위치(320)는 턴 온 된다. 검출 스위치(320)의 타단은 커패시터(330)의 일단에 연결되어 있다.The
커패시터(330)의 타단은 그라운드에 연결되어 있고, 검출 스위치(320)를 통해 전달되는 감지 전압(VS)이 커패시터(330)에 저장된다. 즉, 검출 스위치(320)가 하프-온 펄스(HOP)에 따라 턴 온 될 때의 감지 전압(VS)이 커패시터(330)에 저장된다. The other end of the
따라서 전력 스위치(M)의 온 기간 중 중간 시점의 LED 전류(ILED)에 대응하는 감지 전압(VS)이 커패시터(330)에 저장되고, 커패시터(330)에 저장된 전압이 전류 감지 전압(VIL)이다.Therefore, the sensing voltage VS corresponding to the LED current ILED at an intermediate point in the on-period of the power switch M is stored in the
도 6에 도시된 바와 같이, 시점 T12에 검출 스위치(320)이 턴 온 되고, 감지 전압(VS)이 커패시터(330)에 저장된다. 시점 T12는 온-기간(T11-T14)의 중간 시점이므로, 시점 T12의 전류 감지 전압(VIL)은 전력 스위치(M)의 스위칭 한 주기(T11-T16) 동안의 LED 전류(ILED)의 평균에 대응하는 전압이다. As shown in FIG. 6, the
시점 T17에 하프-온 펄스(HOP)가 발생하고, 검출 스위치(320)이 턴 온 된다. 그러면, 시점 T17의 전류 감지 전압(VIL)은 전력 스위치(M)의 다음 스위칭 주기 동안의 LED 전류(ILED)의 평균에 대응하는 전압이 된다. The half-on pulse HOP is generated at the time point T17, and the
전류 감지 전압(VIL)은 피드백부(400)에 전달된다.The current sensing voltage VIL is transmitted to the
피드백부(400)는 전류 감지 전압(VIL)과 기준 전압(VR) 간의 차이에 따라 피드백 전압(FB)을 생성한다. 예를 들어, 전류 감지 전압(VIL)과 기준 전압(VR)의 차가 감소하도록 피드백 전압(FB)을 생성한다.The
구체적으로, 피드백부(400)는 오차 증폭기(410) 및 커패시터(420)를 포함한다. 오차 증폭기(410)는 비반전 단자(+)와 반전 단자(-)의 차를 소정 게인으로 증폭하여 출력을 결정한다. 오차 증폭기(410)의 반전 단자(-)에는 전류 감지 전압(VIL)이 입력되고, 비반전 단자(+)에는 기준 전압(VR)이 입력된다. In detail, the
오차 증폭기(410)는 기준 전압(VR)으로부터 전류 감지 전압(VIL)을 빼고, 그 결과를 증폭하여 커패시터(420)에 전달한다. 커패시터(420)의 커패시턴스는 충분히 크게 설정되어 있고, 기준 전압(VR)과 전류 감지 전압(VIL)의 차는 종전 피드백 전압(FB)에 더해진다.The
그러면, 전력 스위치(M)의 매 스위칭 주기마다(예를 들어, 하프-온 시점) 갱신되는 전류 감지 전압(VIL)이 기준 전압(VR) 보다 클 때 피드백 전압(FB)은 감소하고, 기준 전압(VR) 보다 작을 때 피드백 전압(FB)은 증가한다. Then, the feedback voltage FB decreases when the current sensing voltage VIL updated at every switching period of the power switch M (for example, the half-on time point) is greater than the reference voltage VR, and the reference voltage is reduced. When smaller than (VR), the feedback voltage FB increases.
즉, LED 전류(ILED)가 증가하면 피드백 전압(FB)은 감소하고, LED 전류(ILED)가 감소하면 피드백 전압(FB)이 증가한다. 변조 정현파(MREF)는 피드백 전압(FB)에 비례하므로, LED 전류(ILED)가 증가하면 변조 정현파(MREF)가 감소하고, LED 전류(ILED)가 감소하면 변조 정현파(MREF)가 증가한다.That is, as the LED current ILED increases, the feedback voltage FB decreases, and when the LED current ILED decreases, the feedback voltage FB increases. Since the modulated sine wave MREF is proportional to the feedback voltage FB, as the LED current ILED increases, the modulated sine wave MREF decreases, and when the LED current ILED decreases, the modulated sine wave MREF increases.
오프 비교기(120)는 변조 정현파(MREF)에 감지 전압(VS)이 도달할 때 전력 스위치(M)를 턴 오프시키는 오프 신호(OFF)를 생성하므로, LED 전류(ILED)가 증가하면 전력 스위치(M)의 듀티가 감소하고, LED 전류(ILED)가 감소하면 전력 스위치(M)의 듀티가 증가한다. 이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 LED 전류(ILED)는 일정한 전류로 제어된다.The off
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
벅 컨버터(10), LED 열(20), 다이오드(FRD), 정류회로(30)
EMI 필터(40), 인덕터(L), 전력 스위치(M), 감지 저항(RS)
스위치 제어 장치(100), 정류 다이오드(31-34), 정현파 생성부(110)
오프 비교기(120), 오실레이터(130), SR 플립플롭(140)
게이트 구동부(150), 하프-온 검출기(200), 전류 검출기(300)
샘플링/리셋 신호 생성부(210), 충전부(220), 샘플링부(230)
하프-온 펄스 생성부(240), 인버터(211, 242)
지연부(212, 214, 243), AND 게이트(213, 244), 전류원(221)
충전 스위치(222), 리셋 스위치(224), 커패시터(223, 232, 330, 420)
샘플링 스위치(231), 저항(233, 234), 비교기(241)
버퍼(310), 검출 스위치(320), 오차 증폭기(410)
Off
Sampling / reset
Half-on
Claims (22)
온-기간 동안 상기 정류 회로를 통과한 입력 전류가 흐르는 전력 스위치, 및
상기 온-기간의 중간 시점인 하프-온 시점을 검출하고, 상기 온-기간 동안 상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압을 상기 하프-온 시점에 검출하고, 상기 검출된 전압에 따라 기준 파형을 조절하여 변조 파형을 생성하고, 상기 변조 파형에 따라 상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 제어 장치를 포함하는 전력 공급 장치.A rectifier circuit connected to the AC input,
A power switch through which an input current passed through the rectifying circuit flows during an on-period, and
A half-on time point, which is an intermediate time point of the on-period, is detected, a sensing voltage according to a current flowing through the power switch during the on-period is detected at the half-on time point, and a reference waveform is generated according to the detected voltage. And a switch control device for generating a modulation waveform by controlling the switching waveform and controlling a switching operation of the power switch according to the modulation waveform.
상기 스위치 제어 장치는,
상기 하프-온 시점에 상기 감지 전압을 전달받아 전류 감지 전압을 생성하고, 상기 전류 감지 전압과 소정의 기준 전압 간의 차에 따라 피드백 전압을 생성하며, 상기 기준 파형을 상기 피드백 전압에 따라 조절하는 전력 공급 장치.The method of claim 1,
The switch control device includes:
A power to generate a current sense voltage by receiving the sense voltage at the half-on time, generate a feedback voltage according to a difference between the current sense voltage and a predetermined reference voltage, and adjust the reference waveform according to the feedback voltage Feeding device.
상기 스위치 제어 장치는,
상기 하프-온 시점에 동기되어 발생하는 하프-온 펄스에 따라 상기 감지 전압을 전달받아 상기 전류 감지 전압을 생성하는 전류 검출기,
상기 전류 감지 전압과 상기 기준 전압 간의 차에 따라 증가 또는 감소하는 피드백 전압을 생성하는 피드백부, 및
상기 피드백 전압을 상기 기준 파형에 곱하여 상기 변조 파형을 생성하는 정현파 조절부를 포함하는 전력 공급 장치.3. The method of claim 2,
The switch control device includes:
A current detector configured to receive the sensed voltage according to a half-on pulse generated in synchronization with the half-on time to generate the current sensed voltage,
A feedback unit generating a feedback voltage that increases or decreases according to a difference between the current sense voltage and the reference voltage, and
And a sinusoidal control unit configured to generate the modulated waveform by multiplying the feedback voltage by the reference waveform.
상기 전류 검출기는,
상기 감지 전압에 연결되어 있는 입력단을 포함하는 버퍼,
상기 버퍼의 출력단에 연결되어 있고, 상기 하프-온 펄스에 따라 스위칭하는 검출 스위치, 및
상기 검출 스위치를 통해 전달되는 감지 전압이 저장되는 커패시터를 포함하는 전력 공급 장치.The method of claim 3,
Wherein the current detector comprises:
A buffer comprising an input coupled to the sense voltage,
A detection switch connected to the output of the buffer and switching according to the half-on pulse, and
And a capacitor configured to store a sense voltage transferred through the detection switch.
상기 피드백부는,
상기 기준 전압이 입력되는 제1 단자 및 상기 전류 감지 전압이 입력되는 제2 단자를 포함하고, 상기 제1 단자의 입력 및 상기 제2 단자의 입력 간의 차를 증폭하여 출력을 생성하는 오차 증폭기, 및
상기 오차 증폭기의 출력이 전달되는 커패시터를 포함하는 전력 공급 장치.The method of claim 3,
The feedback unit,
An error amplifier including a first terminal to which the reference voltage is input and a second terminal to which the current sensing voltage is input, and generating an output by amplifying a difference between an input of the first terminal and an input of the second terminal;
And a capacitor to which the output of the error amplifier is delivered.
상기 스위치 제어 장치는,
상기 전력 스위치의 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눈 전압을 하프-온 기준 준압으로 샘플링하고, 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압이 상기 하프-온 기준 준압에 도달한 시점을 상기 하프-온 시점으로 감지하는 하프-온 검출기를 포함하는 전력 공급 장치.The method of claim 1,
The switch control device includes:
The voltage divided by half during the on-period of the immediately preceding switching period of the power switch is sampled by a half-on reference voltage, and the voltage charged during the on-period of the current switching period reaches the half-on reference voltage. And a half-on detector for detecting one time point as the half-on time point.
상기 하프-온 검출기는,
상기 전력 스위치의 턴 오프 시점에 동기되어 샘플링을 지시하는 샘플링 신호 및 리셋을 지시하는 리셋 신호를 생성하는 샘플링/리셋 신호 생성부,
상기 전력 스위치의 온-기간에 따르는 온-기간 전압을 생성하는 충전부,
상기 샘플링 신호에 따라 상기 온-기간 전압을 샘플링하고, 샘플링된 전압을 반으로 나누어 하프-온 기준 전압을 생성하는 샘플링부, 및
상기 하프-온 기준 전압과 상기 온-기간 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 하프-온 시점에 동기된 하프-온 펄스를 생성하는 하프-온 펄스 생성부를 포함하는 전력 공급 장치.The method according to claim 6,
The half-on detector,
A sampling / reset signal generator for generating a sampling signal for instructing sampling in synchronization with a turn-off time of the power switch and a reset signal for instructing reset,
A charging unit for generating an on-period voltage in accordance with the on-period of the power switch,
A sampling unit for sampling the on-period voltage according to the sampling signal and dividing the sampled voltage by half to generate a half-on reference voltage;
And a half-on pulse generator for comparing the half-on voltage with the on-period voltage and generating a half-on pulse synchronized with the half-on time according to the comparison result.
상기 샘플링/리셋 신호 생성부는,
상기 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 전압을 반전한 레벨을 출력하는 인버터,
상기 게이트 전압을 소정의 제1 지연 기간만큼 지연시켜 출력하는 제1 지연부,
상기 인버터의 출력 및 상기 제1 지연부의 출력을 논리 곱 연산하여 샘플링 신호를 생성하는 AND 게이트, 및
상기 샘플링 심호를 소정의 제2 지연 기간만큼 지연시켜 출력하는 제2 지연부를 포함하는 전력 공급 장치.The method of claim 7, wherein
Wherein the sampling / reset signal generating unit comprises:
An inverter for outputting a level inverting a gate voltage for controlling the switching operation of the power switch,
A first delay unit delaying the gate voltage by a predetermined first delay period and outputting the delayed gate voltage;
An AND gate for performing an AND operation on the output of the inverter and the output of the first delay unit to generate a sampling signal;
And a second delay unit delaying the sampling clock by a predetermined second delay period and outputting the delayed signal.
상기 충전부는,
커패시터,
충전 전류를 생성하는 전류원,
상기 전류원과 상기 커패시터 사이에 연결되어 있고, 상기 전력 스위치의 온-기간 동안 턴 온 되어 있는 충전 스위치, 및
상기 커패시터에 병렬 연결되어 있고, 상기 리셋 신호에 따라 스위칭하는 리셋 스위치를 포함하는 전력 공급 장치.The method of claim 7, wherein
The charging unit includes:
Capacitors,
A current source for generating a charging current,
A charge switch connected between the current source and the capacitor, the charge switch being turned on during an on-period of the power switch,
And a reset switch connected to the capacitor in parallel and switching according to the reset signal.
상기 샘플링부는,
상기 샘플링 신호에 따라 스위칭하고, 상기 온-기간 전압을 제1 접점에 전달하는 샘플링 스위치,
상기 제1 접점과 그라운드 사이에 연결되어 있는 커패시터, 및
상기 제1 접점과 그라운드 사이에 직렬 연결되어 있는 제1 및 제2 저항을 포함하고,
상기 제1 저항 및 제2 저항이 연결되어 있는 제2 접점의 전압이 상기 하프-온 기준 전압인 전력 공급 장치.The method of claim 7, wherein
Wherein the sampling unit comprises:
A sampling switch for switching in accordance with the sampling signal and transmitting the on-period voltage to a first contact,
A capacitor connected between the first contact and ground, and
And first and second resistors connected in series between the first contact and the ground,
And a voltage of a second contact to which the first resistor and the second resistor are connected is the half-on reference voltage.
상기 하프-온 펄스 생성부는,
상기 온-기간 전압과 상기 하프-온 기준 전압을 비교한 결과를 출력하는 비교기,
상기 비교기의 출력을 반전시켜 출력하는 인버터,
상기 인버터의 출력을 제3 지연 기간만큼 지연시켜 출력하는 지연부, 및
상기 지연부의 출력 및 상기 비교기의 출력을 논리 곱 연산하여 상기 하프-온 펄스를 생성하는 AND 게이트를 포함하는 전력 공급 장치.The method of claim 7, wherein
Wherein the half-on pulse generating unit comprises:
A comparator for outputting a result of comparing the on-period voltage with the half-on voltage,
An inverter for inverting and outputting the output of the comparator,
A delay unit for delaying and outputting the output of the inverter by a third delay period,
And an AND gate for performing an AND operation on the output of the delay unit and the output of the comparator to generate the half-on pulse.
상기 기준 파형은, 상기 교류 입력의 주파수에 동기된 파형인 전력 공급 장치.The method of claim 1,
Wherein the reference waveform is a waveform synchronized with a frequency of the AC input.
상기 스위치 제어 장치는,
상기 입력 전압의 영전압 교차 시점을 감지하여, 상기 입력 전압의 한 주기를 검출하고, 상기 입력 전압의 한 주기와 동일한 주기를 가지는 상기 기준 파형을 생성하는 전력 공급 장치.The method of claim 12,
The switch control device includes:
Detecting a zero voltage crossing point of the input voltage, detecting one period of the input voltage, and generating the reference waveform having the same period as one period of the input voltage.
상기 기준 파형은, DC 전압인 전력 공급 장치.The method of claim 1,
Wherein the reference waveform is a DC voltage.
상기 온-기간의 중간 시점인 하프-온 시점을 검출하는 단계,
상기 전력 스위치에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압을 상기 하프-온 시점에 검출하는 단계,
소정의 기준 파형을 상기 검출된 전압에 따라 조절하여 변조 파형을 생성하는 단계, 및
상기 변조 파형과 상기 감지 전압을 비교한 결과에 따라 상기 전력 스위치를 스위칭하는 단계를 포함하는 전력 공급 장치의 구동 방법.Flowing an input current through the power switch from an AC input during an on-period of the power switch,
Detecting a half-on time which is an intermediate point of the on-period,
Detecting a sensing voltage corresponding to a current flowing through the power switch at the half-on time point;
Generating a modulated waveform by adjusting a predetermined reference waveform according to the detected voltage; and
And switching the power switch according to a result of comparing the modulation waveform with the sensed voltage.
상기 하프-온 시점에 감지 전압을 검출하는 단계는,
상기 하프-온 시점에 상기 감지 전압이 커패시터에 저장되어 전류 감지 전압이 생성되는 단계를 포함하는 전력 공급 장치의 구동 방법.16. The method of claim 15,
Detecting a sense voltage at the half-on time,
And storing the sense voltage in a capacitor at the half-on time to generate a current sense voltage.
상기 변조 파형을 생성하는 단계는,
상기 전류 감지 전압과 소정의 기준 전압 간의 차에 따라 피드백 전압을 생성하며, 상기 기준 파형을 상기 피드백 전압에 따라 조절하는 단계를 포함하는 전력 공급 장치의 구동 방법.16. The method of claim 15,
Generating the modulated waveform,
And generating a feedback voltage according to a difference between the current sensing voltage and a predetermined reference voltage, and adjusting the reference waveform according to the feedback voltage.
상기 기준 파형을 상기 피드백 전압에 따라 조절하는 단계는,
상기 기준 파형에 상기 피드백 전압을 곱하는 단계를 포함하는 전력 공급 장치의 구동 방법.18. The method of claim 17,
Adjusting the reference waveform according to the feedback voltage,
And multiplying the reference waveform by the feedback voltage.
상기 하프-온 시점을 검출하는 단계는,
상기 전력 스위치의 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눠 하프-온 기준 전압으로 샘플링 하는 단계, 및
현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압이 상기 하프-온 기준 준압에 도달한 시점을 상기 하프-온 시점으로 감지하는 단계를 포함하는 전력 공급 장치의 구동 방법. 16. The method of claim 15,
The step of detecting the half-on-
Sampling the charged voltage in half-divided by a half-on reference voltage during the on-period of the immediately preceding switching period of the power switch, and
And detecting, as the half-on time point, when the voltage charged during the on-period of the current switching period reaches the half-on reference quasi-voltage.
상기 전력 스위치를 스위칭하는 단계는,
상기 감지 전압이 상기 변조 파형에 도달하면 상기 전력 스위치를 턴 오프 시키는 단계를 포함하는 전력 공급 장치의 구동 방법.16. The method of claim 15,
Switching the power switch,
Turning off the power switch when the sense voltage reaches the modulation waveform.
상기 전력 스위치의 직전 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전된 전압을 반으로 나눈 전압을 하프-온 기준 준압으로 샘플링하고, 현재 스위칭 주기의 온-기간 동안 충전되는 전압이 상기 하프-온 기준 준압에 도달한 시점을 상기 하프-온 시점으로 감지하는 하프-온 검출기,
상기 하프-온 시점에 상기 감지 전압을 전달받아 전류 감지 전압을 생성하는 전류 검출기,
상기 전류 감지 전압과 소정의 기준 전압 간의 차에 따라 피드백 전압을 생성하는 피드백부, 및
소정의 기준 파형을 상기 피드백 전압에 따라 조절하는 정현파 조절기를 포함하는 스위치 제어 장치.A switch control apparatus of a power supply apparatus which converts an AC input according to a switching operation of a power switch,
The voltage divided by half during the on-period of the immediately preceding switching period of the power switch is sampled by a half-on reference voltage, and the voltage charged during the on-period of the current switching period reaches the half-on reference voltage. Half-on detector for detecting one time point as the half-on time point,
A current detector configured to receive the sense voltage at the half-on time and generate a current sense voltage;
A feedback unit generating a feedback voltage according to a difference between the current sensing voltage and a predetermined reference voltage, and
And a sine wave adjuster for adjusting a predetermined reference waveform according to the feedback voltage.
상기 하프-온 검출기는,
상기 전력 스위치의 턴 오프 시점에 동기되어 샘플링을 지시하는 샘플링 신호 및 리셋을 지시하는 리셋 신호를 생성하는 샘플링/리셋 신호 생성부,
상기 전력 스위치의 온-기간에 따르는 온-기간 전압을 생성하는 충전부,
상기 샘플링 신호에 따라 상기 온-기간 전압을 샘플링하고, 샘플링된 전압을 반으로 나누어 하프-온 기준 전압을 생성하는 샘플링부, 및
상기 하프-온 기준 전압과 상기 온-기간 전압을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 하프-온 시점에 동기된 하프-온 펄스를 생성하는 하프-온 펄스 생성부를 포함하는 스위치 제어 장치.
22. The method of claim 21,
The half-on detector,
A sampling / reset signal generator for generating a sampling signal for instructing sampling in synchronization with a turn-off time of the power switch and a reset signal for instructing reset,
A charging unit for generating an on-period voltage in accordance with the on-period of the power switch,
A sampling unit for sampling the on-period voltage according to the sampling signal and dividing the sampled voltage by half to generate a half-on reference voltage;
And a half-on pulse generator for comparing the half-on voltage with the on-period voltage and generating a half-on pulse synchronized with the half-on time according to the comparison result.
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---|---|---|---|
US13/965,485 US9362843B2 (en) | 2012-08-13 | 2013-08-13 | Switch control device, power supply device comprising the same, and driving method of power supply device utilizing turn-on period half-on time point detection |
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KR20180069997A (en) * | 2016-12-16 | 2018-06-26 | 현대자동차주식회사 | A circuit to protect a circuit element, a vehicle including the same, a method for protecting the circuit element and a method controlling the vehicle |
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- 2013-07-08 KR KR1020130079955A patent/KR102086613B1/en active IP Right Grant
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CN110213863A (en) * | 2019-07-12 | 2019-09-06 | 贵州道森集成电路科技有限公司 | A kind of circuit structure and method of adjustment of the line regulation of LED drive chip |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |