KR20150110663A - 어레인지먼트 및 어레인지먼트를 작동하는 방법 - Google Patents

어레인지먼트 및 어레인지먼트를 작동하는 방법 Download PDF

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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 어레인지먼트(1)를 작동하기 위해 설계된 방법의 하나 이상의 실시예와 관련이 있다. 상기 어레인지먼트(1)는 N 방사선 방출 반도체 칩(2)들을 포함한다. 상기 반도체 칩(2)들은 전기 직렬 회로 내에 배치되어 있다. 상기 어레인지먼트(1)는 복수 개의 스위칭 소자(switching element)(3)를 포함하며, 이때 각각의 반도체 칩(2)에 하나의 스위칭 소자(3)가 전기적으로 병렬 접속되어 있다. 상기 어레인지먼트(1)는 상기 스위칭 소자(3)들을 서로 무관하게 구동 제어하기 위한 구동 제어 유닛(4)을 포함한다. 상기 어레인지먼트(1)는 상기 직렬 회로에 전류를 공급하기 위한 정전류원(5)을 포함한다. 스위치-오프(switch off)시 일 스위칭 소자(3)에 대응하는 각각의 반도체 칩(2)은 상기 스위칭 소자(3)에 의해 전기적으로 브릿지 연결(electrically bridged)된다. 상기 어레인지먼트(1)의 보호 모듈(6)은 하나 또는 다수의 반도체 칩(2)의 스위치-오프시 피크 전류(peak current)를 감소시키거나 방지하도록 설계되었다.

Description

어레인지먼트 및 어레인지먼트를 작동하는 방법 {ARRANGEMENT AND METHOD FOR OPERATING AN ARRANGEMENT}
본 출원서에는 어레인지먼트를 작동하기 위한 방법이 제시된다. 그밖에 상응하는 어레인지먼트 또한 제시된다.
본 발명이 해결해야 할 과제는 다수의 반도체 칩을 갖는 어레인지먼트를 작동하기 위한 방법을 제시하는 것으로, 이때 상기 반도체 칩들은 긴 수명을 가져야 한다.
상기 과제는 다른 무엇보다 독립 특허 청구항들의 특징들을 갖는 방법 및 어레인지먼트에 의해 해결된다. 바람직한 개선예들은 종속 청구항들의 대상이다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 어레인지먼트는 N 방사선 방출 반도체 칩들을 포함한다. 이때 N은 2 이상의 자연수이다(N ≥ 2). 반도체 칩들로는 바람직하게 발광 다이오드 칩들이 고려된다. 상기 반도체 칩들은 특히, 작동중에 백색 광 또는 컬러 광과 같은 가시 광선을 발생하기 위해 설계되었다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 상기 반도체 칩들은 하나 또는 다수의 전기 직렬 회로 내에 배치되어 있다. 따라서 일 직렬 회로의 모든 반도체 칩의 전류 세기는 이와 같은 반도체 칩들의 작동중에 동일하거나 거의 동일하다. 상기 직렬 회로 또는 모든 직렬 회로는 예컨대 적어도 2개 또는 3개 또는 4개 또는 6개 또는 8개의 반도체 칩을 포함하며/포함하거나 최대 30개 또는 20개 또는 15개 또는 12개의 반도체 칩을 포함한다. 상기 반도체 칩들은 직렬 회로 내에서 바람직하게 서로 전기적으로 직접 연결되어 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 어레인지먼트는 복수 개의 스위칭 소자를 포함한다. 상기 스위칭 소자들은 반도체 칩들을 스위치-온(switch-on) 및 스위치-오프(switch-off) 하도록 설계되었다. 스위칭 소자들로는 전계효과 트랜지스터(field effect transistor)들이 고려될 수 있다. 상기 스위칭 소자들의 스위칭 속도는 예컨대 최대 100 ns 및/또는 최소 25 ns에 놓인다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 각각의 반도체 칩 또는 반도체 칩들의 그룹에는 하나 또는 정확히 하나의 스위칭 소자가 전기적으로 병렬 접속되어 있다. 다수의 반도체 칩이 하나의 그룹으로 통합된 경우, 전체 그룹이 해당 스위칭 소자를 통해 스위칭 가능하다. 상기 스위칭 소자들은 특히, 반도체 칩들을 펄스 폭 변조(영문: pulse width modulation 또는 축약해서 PWM)를 통해 구동 제어하도록 설계되었다. 제어 유닛에 의한 스위치-온 및 스위치-오프를 통해 스위칭 소자들은 예를 들어 스위칭 전압에 의해 구동 제어된다. 구동 제어 유닛에 의해서는 어떤 타임 슬라이스(time slice)에 각각의 반도체 칩이 방사선을 방출하는지 결정된다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 어레인지먼트는 정전류원을 포함한다. 상기 정전류원은 반도체 칩들의 하나 이상의 직렬 회로에 전류를 공급하도록 설계되었다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 스위치-오프시 일 스위칭 소자에 대응하는 반도체 칩은 상기 스위칭 소자에 의해 전기적으로 브릿지 연결(electrically bridged)된다. 다른 말로 하면, 이 경우 전류는 반도체 칩을 통해 흐르는 것이 아니라, 오히려 상기 스위칭 소자를 통해 흐른다. 즉, 스위치-오프시 반도체 칩은 스위칭 소자에 의해 단락(short circuit)된다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 어레인지먼트는 하나 이상의 보호 모듈을 포함한다. 상기 하나 또는 다수의 보호 모듈은 하나 또는 다수의 반도체 칩의 스위치-오프시, 특히 정전류원에 의해 야기된 피크 전류(peak current)를 감소시키거나 방지하도록 설계되었다. 상기 보호 모듈은 물리적으로는 하드웨어로서 그리고/또는 프로그램 기술적으로는 소프트웨어로서 구현될 수 있다.
하나 이상의 실시예에는 어레인지먼트를 작동하기 위해 설계된 방법이 제시되어 있다. 상기 어레인지먼트는 N 방사선 방출 반도체 칩들을 포함하며, 이때 N은 자연수이다(이때 N ≥ 2). 상기 반도체 칩들은 하나 이상의 전기 직렬 회로 내에 배치되어 있다. 또한, 상기 어레인지먼트는 복수 개의 스위칭 소자를 포함하며, 이때 각각의 반도체 칩 또는 반도체 칩들의 각각의 그룹에 하나의 스위칭 소자가 전기적으로 병렬 접속되어 있다. 상기 어레인지먼트는 상기 스위칭 소자들을 서로 무관하게 구동 제어하기 위한 구동 제어 유닛을 포함한다. 계속해서 상기 어레인지먼트는 상기 직렬 회로에 전류를 공급하기 위한 정전류원을 포함한다. 스위치-오프시 일 스위칭 소자에 대응하는 각각의 반도체 칩은 상기 스위칭 소자에 의해 전기적으로 브릿지 연결된다. 상기 어레인지먼트의 보호 모듈은 하나 또는 동시에 다수의 반도체 칩의 스위치-오프시 피크 전류를 감소시키거나 방지하도록 설계되었다.
연속 접속된 또는 전기적으로 직렬 접속된 발광 다이오드 칩들의 경우, 개별 발광 다이오드 칩들은 병렬로 놓인 전계효과 트랜지스터들에 의해 스위치-온 및 스위치-오프 될 수 있다. 그럼으로써 직렬 회로에는 단 하나의 정전류원만이 필요하게 된다. 그러나 전계효과 트랜지스터들에 의한 각각의 또는 다수의 발광 다이오드 칩의 단락시 정전류원의 제한된 재조정 시간으로 인해 발생하는 피크 전류가 야기된다. 상기 피크 전류는, 특히 예컨대 PMW에 의한 구동 제어시 이와 같은 피크 전류가 축적되어 발생하는 경우에 발광 다이오드 칩들을 손상시킬 수 있다. 보호 모듈에 의해서 이와 같은 피크 전류는 감소할 수 있거나 방지될 수 있다. 그럼으로써 발광 다이오드 칩들의 수명은 증가할 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 어레인지먼트의 반도체 칩들 또는 적어도 반도체 칩들의 일부가 펄스 폭 변조에 의해 구동 제어된다. 상기 펄스 폭 변조의 변조 주기는 적어도 100 Hz 또는 200 Hz 또는 400 Hz 변조 주파수에 상응하게, 예를 들어 최대 10 ms 또는 5 ms 또는 2.5 ms의 총 지속시간(T)을 갖는다. 이와 같은 변조 주파수에서는 광원이 고정된 경우 사람 눈에 일반적으로 더는 깜박임이 감지되지 않는다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 반도체 칩들의 구동 제어는 k 비트의 해상도로 이루어진다. k는 자연수이다(이때 k ≥ 3 또는 k ≥ 6). 특히 상기 구동 제어는 8 비트로 이루어진다. 마찬가지로 상기 구동 제어는 예컨대 4 비트, 10 비트 또는 16 비트로 이루어질 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 변조 주기는 최소 타임 슬라이스(t0)를 포함한다. 상기 최소 타임 슬라이스(t0)는 예컨대 변조 주기의 총 지속시간(T)을 2k로 나눈 값과 같다. 400 Hz의 변조 주파수 및 8 비트로 구동 제어하는 경우, 2.5 ms: 28에 상응하게 최소 타임 슬라이스는 대략 10 μs이다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 반도체 칩들은 소위 비트 앵글 변조(bit angle modulation, 축약해서 BAM)에 의해 구동 제어된다. 이 경우, 특히 변경된 BAM이 고려된다.
BAM에서는 총 지속시간(T)을 갖는 변조 주기가 k의 시간 간격으로 세분된다. 상기 시간 간격들은 2m t0의 지속시간을 갖는다(이때 엘리먼트(element) m은 [0; k-1]
Figure pct00001
이고, t0 ≤ T 2- k). 이 경우, 시간 간격들의 지속시간은 예컨대 변조 주기의 시작과 함께 각각 인수 2만큼 감소한다.
변경된 BAM에서는 변조 주기가 k 또는 k+1의 시간 간격으로 세분되어 있다. 적어도 k의 시간 간격의 길이는 변경되지 않은 BAM에서 시간 간격의 길이에 상응한다.
보호 모듈에 의해 시간 간격들은 각각의 시간 간격에서 스위치-온 된 반도체 칩의 개수에 따라 증가하며 정리된다. 다시 말해, 스위치-온 된 반도체 칩의 개수가 최소인 시간 간격은 변조 주기의 시작점에 놓인다. 그럼으로써 변조 주기 동안에 스위치-온 된 반도체 칩의 개수는 마지막 시간 간격 또는 끝에서 2번째 시간 간격까지 일정하게 증가하게 된다.
이 경우, 시간 간격들은 모든 반도체 칩에 대해 동시에 적용된다. 다시 말해, 변조 주기 내에서 모든 반도체 칩에 대해 제공된 스위치-온 시점 및 스위치-오프 시점은 동일하거나 거의 동일하다. 다수의 시간 간격이 동일한 개수의 스위치-온 된 반도체 칩을 갖는 경우, 상기 시간 간격들은 임의로 서로 교환될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 변조 주기는 k+1의 시간 간격으로 세분되어 있다. 변조 주기의 끝에서 2번째 시간 간격의 종료시 상기 시간 간격에서 스위치-온 된 모든 반도체 칩이 동시에 스위치-오프 된다. 따라서 이 경우, 마지막 시간 간격에서 모든 반도체 칩이 스위치-오프 되어 있다. 대안적으로는, 모든 반도체 칩이 스위치-오프 된 상기 마지막 시간 간격을 후속하는 변조 주기의 제1 시간 간격으로 가산하는 것도 가능하다.
어레인지먼트의 작동 방법의 하나 이상의 실시예에 따르면, 하나 또는 다수의 반도체 칩이 변조 주기 동안에 2번 또는 더 빈번하게 스위치-온 및/또는 스위치-오프 된다. 이 경우, 일 반도체 칩의 스위치-온 지속시간은 변조 주기 내에서 연속하는 시간 범위가 아니라, 오히려 상기 스위치-온 지속시간은 변조 주기 내에서 다수의 분리된 섹션으로 세분되어 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 변조 주기 동안에 n번째 반도체 칩은 스위치-온 지속시간(tn)에 대해 스위치-온 되어 있다. 상기 스위치-온 지속시간(tn)은 k 비트로 구동 제어하는 경우에 상응하게 시간 간격의 총합으로 구성된다. 이때 tn ≤ T가 적용된다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 변조 주기 동안에 반도체 칩들은 연속하는 시간 범위에서, 즉 스위치-온 지속시간에서 스위치-온 된다. 보호 모듈에 의해 상기 반도체 칩들은 변조 주기 시작 또는 시작 후 시점(T-tn)(이때 T-tn ＞ 0 또는 T-tn ≥ 0)에서 스위치-온 된다. 이 경우, 변조 주기의 종료까지 상기 반도체 칩들은 스위치-온 된 상태로 유지된다. 따라서 변주 주기 동안에 스위치-온 된 반도체 칩들은 모두 변조 주기 종료시 함께 동시에 스위치-오프 된다. 상기 공동의 스위치-오프 시점 다음에는, 모든 반도체 칩들이 스위치-오프 되어 있는 변조 주기의 시간 간격이 배치될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 보호 모듈에 의해 변조 주기의 시작시 반도체 칩들의 단지 일부만이 스위치-온 되고, 이때 상기 반도체 칩들의 일부는 상응하는 변조 주기의 진행중 어느 시점에서 스위치-온 되는 모든 반도체 칩들과 관계된다. 상기 보호 모듈에 의해 변조 주기 내에서 하나 이상의 반도체 칩이 스위치-오프 되고, 동시에 다른 하나의 반도체 칩이 스위치-온 된다. 다른 말로 하면, 반도체 칩들이 스위치-온 되어 있는 스위치-온 지속시간들은 변조 주기 내에서 이동한다. 바람직하게 상기 스위치-온 지속시간들은 연속적인 시간 범위들이다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 보호 모듈에 의해 반도체 칩들의 스위치-온 지속시간들은, 반도체 칩들의 동시적 스위치-온 공정 및 스위치-오프 공정의 빈도가 최대가 되도록 서로 조정되고 변조 주기 내에서 이동한다. 다른 말로 하면 이 경우, 반도체 칩들 중 하나의 반도체 칩이 스위치-오프 되고 이와 같은 스위치-오프에 대응하는 다른 반도체 칩의 스위치-온이 전혀 없는 경우의 수는 최소가 된다. 이와 같은 방법에 의해 스위치-오프 공정에서 피크 전류의 빈도 및/또는 높이는 감소하거나 최소가 된다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 구동 제어 유닛에 의해 반도체 칩들의 스위치-온 목표 지속시간이 출력된다. 실제 스위치-온 지속시간을 얻기 위해, 상기 스위치-온 목표 지속시간은 보호 모듈에 의해 변경된다. 보호 모듈에 의해 스위치-온 지속시간을 얻기 위한 스위치-온 목표 지속시간의 변경은 바람직하게 변조 주기의 총 지속시간(T)의 최대 15 % 또는 10 % 또는 5 %에 이른다. 스위치-온 목표 지속시간의 이와 같은 변경에 의해, 변조 주기 동안에 반도체 칩들의 모든 또는 거의 모든 스위치-오프 공정에 대응하는 스위치-온 공정이 존재할 수 있게 된다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 모든 스위칭 소자에 공동으로 하나의 부속 스위칭 소자가 전기적으로 병렬 접속되어 있다. 상기 부속 스위칭 소자는 보호 모듈 또는 상기 보호 모듈의 일부를 형성한다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 반도체 칩들의 스위치-오프 공정 동안에 보호 모듈에 의해 반도체 칩들 및 대응하는 스위칭 소자들이 부속 스위칭 소자를 통해 전기적으로 브릿지 연결된다. 다른 말로 하면, 스위치-오프 공정에서 반도체 칩들은 부속 스위칭 소자에 의해 단락된다. 부속 스위칭 소자로는 바람직하게 전계효과 트랜지스터 또는 절연된 게이트 전극(gate electrode)을 갖는 양극 트랜지스터(bipolar transistor, 축약해서 IGBT)가 고려된다. 상기 부속 스위칭 소자는 반도체 칩들을 특히 변조 주기 내에서만 브릿지 연결한다. 모든 반도체 칩들이 동시에 스위치-오프 되는 변조 주기의 종료시 부속 스위칭 소자가 스위치-온 될 필요가 없다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 적어도 변조 주기 내에서 반도체 칩들의 스위치-오프 동안에 정전류원으로부터 반도체 칩들 쪽으로의 전류 공급이 보호 모듈에 의해 중단되거나 감소한다. 다른 말로 하면, 반도체 칩들이 스위치-오프 되는 시점들에서 정전류원은 일시적으로 전혀 전류를 출력하지 않거나 단지 작은 목표 전류 세기만을 출력하도록 설계될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 반도체 칩들의 스위치-온 동안에 정전류원의 목표 전류 세기는 스위치-오프 될 반도체 칩들의 비율에 상응하게 감소한다. 상기 스위치-오프 될 반도체 칩들의 비율은 스위치-오프 직전에 스위치-온 된 반도체 칩들과 관련이 있다. 예를 들어 실제 스위치-온 된 반도체 칩들의 50 %가 스위치-오프 되면, 스위치-오프 동안에 목표 전류 세기는 바람직하게 50 %만큼 또는 대략 50 %만큼 감소한다. 이와 같은 목표 전류 세기의 조정은 예컨대 정상 작동시 정전류원이 제공하는 전류의 최대 15 % 또는 10 % 또는 5 %의 허용 한도로 이루어진다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 보호 모듈은 전기 저항기 및 전기 커패시터(electric capacitor)를 포함한다. 상기 저항기 및 커패시터는 하나 이상의 RC-소자로 전기적으로 접속되고 결합되었다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 스위칭 소자들의 적어도 일부 또는 모든 스위칭 소자에 각각 하나의 RC-소자가 할당되어 있다. 상응하는 스위칭 소자는 할당된 RC-소자에 바람직하게 전기적으로 직접 연결되어 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 스위칭 소자들에 할당된 RC-소자들은 상이한 시간 상수를 갖는다. 이 경우, 시간 상수는 거의 저항과 커패시턴스의 곱으로부터 얻는다. 따라서 스위칭 소자들이 정확히 동시에 스위칭하지 않고, 오히려 서로 시간차를 두고 스위칭하는 상황이 달성될 수 있다. 그럼으로써 동시에 스위치-오프 되는 반도체 칩의 개수는 감소하고, 그에 따라 피크 전류의 높이도 감소하게 된다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 시간 상수들은 최대, 펄스 폭 변조의 최소 타임 슬라이스만큼 혹은 최대, 펄스 폭 변조의 최소 타임 슬라이스의 50 % 또는 25 %만큼 서로 상이하다. 어레인지먼트가 BAM에 의해 작동되는 경우, 시간 상수들간의 차이는 바람직하게 변조 주기의 총 지속시간의 최대 25 %이다. 그럼으로써, 상이한 변조 주기들의 스위치-오프 시점들이 서로 겹치는 상황이 방지된다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 직렬 회로 내 모든 반도체 칩은 동일하게 구성되어 있다. 이 경우, 특히 제조 허용 한도에 있어서 반도체 칩들은 동일한 스펙트럼 구성(spectral composition)의 광을 방출하기 위해 설계되었다. 예를 들어 반도체 칩들로는 각각 백색을 방출하는 발광 다이오드 칩들이 고려된다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 직렬 회로 내 반도체 칩들은 상이한 방출 특성을 갖는다. 특히 상기 반도체 칩들로부터 방출된 방사선, 예컨대 백색 광의 색온도는 서로 상이할 수 있다. 마찬가지로 반도체 칩들은 적색, 녹색 및 청색 광을 방출할 수 있음으로써, 결과적으로 RGB-모듈이 조성된다. 이 경우, 반도체 칩들을 구동 제어함으로써 방출된 컬러가 설정 가능하고 시간적으로 변경 가능하다.
그밖에 본 출원서에는 어레인지먼트가 제시된다. 상기 어레인지먼트는 위에서 언급된 하나 또는 다수의 실시예들과 관련하여 기술된 바와 같은 방법을 위해 설계되었다. 따라서 상기 어레인지먼트의 특징들은 방법에 대해서도 공지되었고, 그 역도 마찬가지이다.
하나 이상의 실시예에서는 어레인지먼트에 대해 전술된 바와 같은 방법이 실시된다. 바람직하게 상기 어레인지먼트는 적응성 차량 전조등(영문 adaptive front lighting system 또는 축약해서 AFS)에 사용된다. 이때 적응은 반도체 칩들을 구동 제어함으로써 이루어진다. 이와 같은 차량 전조등은 기계적 및/또는 광학적 이동성 구성 부품이 전혀 없을 수 있다. 방사 특성의 적응은 오로지 반도체 칩들의 스위치-온 및 스위치-오프에 의해 이루어질 수 있다.
후속하여 본 출원서에 기술된 방법 및 본 출원서에 기술된 어레인지먼트가 실시예들을 참조한 도면에 의해 더 상세하게 설명된다. 이 경우, 동일한 도면 부호들은 개별 도면에서 동일한 소자들을 지시한다. 그러나 이때 척도 기준은 나타나 있지 않으며, 오히려 개별 소자들은 더 나은 이해를 위해 과도하게 크게 나타나 있을 수 있다.
도 1a, 도 5b, 도 7 및 도 8은 본 출원서에 기술된 어레인지먼트의 실시예들의 개략적인 회로도이고,
도 1b, 도 1c, 도 3, 도 4, 도 5a, 도 6 및 도 9는 본 출원서에 기술된 방법에 대한 개략도이며, 그리고
도 2는 구동 제어 및 전류 흐름의 개략적인 시간 파형(chronological course)이다.
도 1a는 어레인지먼트(1)의 개략적인 회로도를 도시한다. 상기 어레인지먼트(1)는 반도체 칩(2)들의 직렬 회로(20)를 포함한다. 상기 직렬 회로(20) 내에서 반도체 칩(2)들은 전기적으로 직접 연속한다. 상기 반도체 칩(2)들은 정전류원(5)으로부터 전류를 공급 받는다. 상기 직렬 회로(20)는 특히 접지 콘택(G, 영문 ground)에 직접 연결될 수 있다.
또한, 어레인지먼트(1)는 복수 개의 스위칭 소자(3)를 포함한다. 스위칭 소자(3)들로는 예컨대 전계효과 트랜지스터, 특히 소위 MISFET 또는 MOSFET가 고려된다. 본 도면에서 스위칭 소자(3)들은 확장형(enhancement type) n-채널-전계효과 트랜지스터들로서 도시되었다. 따라서 상기 스위칭 소자(3)들은 충분히 높은 음성 제어 전압(negative control voltage)이 인가되면 정전류원(5)으로부터 접지 콘택(G) 쪽으로 순방향 바이어스 된다.
도시된 바와 다르게, 하나의 스위칭 소자(3)에 다수의 반도체 칩(2)이 할당되는 것도 가능하다. 이 경우, 이와 같은 반도체 칩(2)들은 하나의 그룹으로 통합되어 있고, 바람직하게 전기적으로 직렬 접속되어 있다. 또한, 어레인지먼트(1)는 예컨대 임피던스 정합(impedance matching) 또는 과전압 보호를 위한 추가의 전자 구성 부품들을 포함할 수 있다(각각 도면들에는 미도시됨).
어레인지먼트(1)는 스위칭 소자(3)들을 구동 제어하기 위한 구동 제어 유닛(4)을 포함한다. 상기 스위칭 소자(3)들은 각각 개별적으로 상기 구동 제어 유닛(4)에 전기적으로 연결되어 있고 서로 무관하게 구동 제어 가능하다. 상기 구동 제어 유닛(4)은 단지 개략적으로만 표시되었다. 특히 상기 구동 제어 유닛(4)은 마이크로컨트롤러(microcontroller) 및 선택적으로 시프트 레지스터(shift register), 그리고 다른 구성 부품들을 포함한다(각각 미도시됨). 특히 상기 구동 제어 유닛(4) 쪽으로의 데이터 라인이 전혀 도시되지 않았다.
구동 제어 유닛(4)으로부터 스위칭 소자(3)들 쪽으로의 전기 라인(7)들은 저항기(R)들 사이에서 높은 전위 방향으로 배치되어 있다. 저항기(R)들로는 소위 풀-업 저항기(pull up resistance)들이 고려된다.
또한, 구동 제어 유닛(4) 내에는 특히 프로그램 기술적으로 보호 모듈(6)이 설정되어 있다. 상기 보호 모듈(6)에 의해 개별 반도체 칩(2)들의 스위치-오프시 피크 전류가 방지될 수 있거나 감소할 수 있다. 스위칭 소자(3)들을 통한 반도체 칩(2)들의 구동 제어는 바람직하게 펄스 폭 변조(축약해서 PWM)에 의해 이루어진다.
도 2b는 반도체 칩(2)들 중 하나의 반도체 칩을 구동 제어하는 경우의 개략적인 시간 파형을 도시하고, 도 2a는 시간(t)에 따른 정전류원(5)의 전류(Ⅰ)의 파형을 도시한다.
상기 반도체 칩(2)들 중 하나의 반도체 칩이 스위치-온 되면, 이와 같은 시점에서 직렬 회로(20)의 저항이 상승하기 시작한다. 그럼으로써, 정전류원(5)이 재조정될 때까지 상기 정전류원(5)으로부터의 전류(Ⅰ)는 일시적으로 감소한다. 이와 달리 스위치-오프시에는 정전류원(5)이 재조정될 때까지 직렬 회로(20)의 저항이 갑자기 감소하고 전류(Ⅰ)는 일시적으로 증가한다. 저항의 상승은, 상응하는 반도체 칩(2)이 스위칭 소자(3)에 의해 단락되어 전류가 정전류원(5)으로부터 접지 콘택(G) 쪽으로 상기 반도체 칩(2)을 지나 대응하는 스위칭 소자(3)를 통해 흐르면서 구현된다. 이와 같은 피크 전류는 반도체 칩(2)들의 수명에 불리하다.
도 1b는 반도체 칩들을 작동하기 위한 BAM-방법을 나타낸다. 개략적인 도시를 위해 도 1b에 따라 오로지 3개의 반도체 칩(2a, 2b, 2c)만이 작동된다. 총 지속시간(T)을 갖는 변조 주기(M)에서 상기 반도체 칩(2a, 2b, 2c)들은 시간 간격(P1, P2, P3, P4)들에서 구동 제어된다. 상기 시간 간격(P1 내지 P5)들은 시간(t)에 따라서 각각 점점 더 짧아지고, 각각 앞선 시간 간격을 기준으로 인수 2만큼씩 감소한다.
구동 제어의 비트-시퀀스(반도체 칩(2a)의 예시에서 10101에 해당함)에 상응하게, 반도체 칩(2a)은 시간 간격(P1, P3 및 P5)들에서 전류를 공급 받는다. 이와 같은 사실은 반도체 칩(2b, 2c)들에 대해서도 동일하게 적용된다.
보호 모듈(6)에 의해 설정된 본 출원서에 기술된 방법에서(도 1c 참조), 변조 주기(M) 동안에 스위치-온 된 반도체 칩(2a, 2b, 2c)들의 개수가 적어도 끝에서 2번째 시간 간격(P5)까지 일정하게 증가하도록 시간 간격(P1 내지 P5)들이 다시 정리된다. 본 예시에서 상기 보호 모듈(6)에 의해 시간 간격(P3와 P4)들의 순서가 서로 교환된다. 본 예시에는 시간 간격(P2, P3, P4)들에서 각각 반도체 칩(2a, 2b, 2c)들 중 하나의 반도체 칩이 스위치-온 되어 있고, 시간 간격(P3)에서 2개의 반도체 칩(2a, 2c)이 스위치-온 되어 있으며, 끝에서 2번째 시간 간격(P5)에서 모든 3개의 반도체 칩(2a, 2b, 2c)이 스위치-온 되어 있다.
선택적으로는 마지막 시간 간격(P6)이 후속하는데, 상기 시간 간격에서는 모든 반도체 칩(2a, 2b, 2c)이 스위치-오프 되어 있다. 상기 시간 간격(P6)의 길이는 시간 간격(P1 내지 P5)들 중 가장 짧은 시간 간격의 길이에 상응할 수 있다. 구동 제어 시점들, 즉 시간 간격(P1 내지 P5)들 간의 상호 교환은 모든 반도체 칩(2a, 2b, 2c)에 대해 동일하다.
이와 같은 방법에서는 반도체 칩(2a, 2b, 2c)들 중 하나의 반도체 칩 각각의 스위치-오프 공정에 대응하는 하나 이상의 스위치-온 공정이 존재함으로써, 결과적으로 피크 전류가 방지된다. 시간 간격(P5와 P6)들 사이에서 모든 반도체 칩이 동시에 스위치-오프 됨으로써, 결과적으로 반도체 칩(2a, 2b, 2c)들 중 어느 반도체 칩에도 증가된 전류가 작용하지 않게 된다.
도 3은 보호 모듈(6)에 의해 설정된 방법의 추가 일 실시예를 도시한다. 반도체 칩(2a, 2b, 2c)들은 변조 주기(M) 내에서 연속하는 스위치-온 지속시간(t1, t2, t3)에 대해 작동된다. 종래의 PWM-방법에서(도 3a 참조) 모든 반도체 칩(2a, 2b, 2c)은 변조 주기(M) 시작시 스위치-오프 되고, 변조 주기(M) 진행시에는 연속적으로 스위치-오프 된다.
본 도면의 방법에서(도 3b 참조) 변조 주기(M)의 진행시 반도체 칩(2a, 2b, 2c)들의 스위치-온은 각각의 스위치-온 지속시간(t1, t2, t3)에 상응하게 이루어진다. 그럼으로써 모든 반도체 칩(2a, 2b, 2c)은 변조 주기(M)의 종료시 동시에 스위치-오프 된다. 따라서 반도체 칩(2)들 자체에서 피크 전류가 전혀 발생하지 않는다.
도 4b에 도시된 바와 같은 펄스 폭 변조의 실시예에서, 대응하는 스위치-온 공정이 없는 스위치-오프 공정의 빈도가 최소가 되도록 연속하는 스위치-온 지속시간(t1, t2, t3)들은 변조 주기(M) 내에서 다시 정리된다. 이 경우, 도 4a는 도 3a에 상응한다.
도 4b에 도시된 바와 다르게, 선택적으로는 스위치-온 지속시간(t1, t2, t3)들의 길이도 보호 모듈(6)에 의해 변경될 수 있다. 예를 들어, 스위치-오프 시점들이 서로 겹쳐지고 스위치-오프시 반도체 칩(2a, 2b, 2c)들 중 어떤 반도체 칩도 작동 상태에 있지 않게 되도록, 그리고 그에 따라 피크 전류 또한 반도체 칩(2a, 2b, 2c)들에 도달하지 않도록 반도체 칩(2c)의 스위치-온 지속시간(t3)이 약간 더 길어지고 반도체 칩(2a)의 스위치-온 지속시간(t1)이 약간 더 길어질 수 있다. 스위치-온 지속시간(t1, t2, t3)들을 단지 약간만 변경하는 경우 방출 특성에는 현저한 변동이 이루어지지 않는다.
선택적으로 도시된 변조 주기(M) 내에서 또는 추가의 변조 주기(M)에서 보호 모듈(6)은 변경된 스위치-온 지속시간(t1, t2, t3)들로 인한 스펙트럼 방출 특성의 변동을 상기 지속시간(t1, t2, t3)들의 추가 조정에 의해 보정할 수 있다. 또한, 선택적으로 스위치-온 지속시간(t1, t2, t3)들 중 하나 이상의 스위치-온 지속시간은, 변조 주기(M) 내에서 각각의 스위치-오프 공정에 대응하는 하나 이상의 스위치-온 공정이 존재할 수 있도록 도시된 바와 다르게 2개 이상의 분리된 스위치-온 간격으로 나뉠 수도 있다.
도 5a에 도시된 바와 같은 방법에서 스위치-오프 간격(O)들 동안에 반도체 칩(2)들 쪽으로의 전류 공급이 보호 모듈(6)에 의해 각각 일시적으로 중단된다. 따라서 스위치-오프 타임 슬롯(switch-off time slot)(O)에서는 피크 전류가 전혀 발생하지 않게 된다.
이 경우, 도 5b에서와 같이 보호 모듈(6)은 예컨대 전류 공급을 임시로 중단하는 스위치에 의해 구현되어 있다. 해당 회로는 예를 들어 선형 레귤레이터(linear regulator)로서 구현되어 있다.
도 6에 따라 스위치-오프 타임 슬롯(O)에서 정전류원(5)의 목표 전류 세기는 보호 모듈(6)에 의해 특히 마이크로컨트롤러가 발생하는 스위치 모드 조정기-신호에 의해서만 감소한다(도 5의 최하부 커브 참조). 따라서 정전류원(5)으로부터 반도체 칩(2a, 2b, 2c)들 쪽으로의 전류 공급은 완전히 중단되지 않는다. 목표 전류 세기의 감소는 바람직하게 방금 스위치-온 되었고 이제 스위치-오프 될 반도체 칩들의 비율에 상응하게 이루어진다.
예를 들어 3개의 반도체 칩 중 하나의 반도체 칩이 스위치-오프 되면, 목표 전압은 바람직하게 1/3만큼 감소한다. 2개의 반도체 칩 중 하나의 반도체 칩이 스위치-오프 되면, 목표 전압의 감소는 대략 50 %만큼 이루어진다. 그럼으로써 스위치-오프시 피크 전류에 의해 정전류원(5)의 감소한 목표 전류 세기는 거의 보상될 수 있다. 마지막 반도체 칩(2a)이 스위치-오프 되면, 정전류원(5)으로부터 제공되는 목표 전류 세기는 감소할 필요가 없다.
다른 모든 실시예에서와 마찬가지로 정전류원(5)의 조정 시간은 바람직하게 펄스 폭 변조의 최소 타임 슬라이스보다 작다. 이 경우, 정전류원(5)의 재조정은 반도체 칩(2a, 2b, 2c)들의 변조보다 현저히 더 빠르게 이루어질 수 있다.
도 7에 따른 어레인지먼트(1)에서 보호 모듈(6)은 스위칭 소자(3)들에 전기적으로 연결된 RC-소자들에 의해 형성되었다. 구동 제어 유닛(4)으로부터 구동 제어 임펄스가 주기성으로 발생하면, 스위칭 소자(3)들의 스위칭 시점은 상기 RC-소자들에 의해 상이한 정도로 지연된다. 이 경우, 상기 RC-소자들은 바람직하게 서로 상이한 시간 상수를 갖는다. 따라서 다수의 반도체 칩(2)이 동시에 스위치-오프 되는 상황이 방지될 수 있다. 그럼으로써 피크 전류의 높이는 감소할 수 있다.
도 8에 따른 어레인지먼트(1)의 실시예에서는 스위칭 소자(3)들에 하나의 부속 스위칭 소자(33)가 병렬 접속되어 있다. 반도체 칩(2)들의 스위치-오프 공정 동안에 상기 부속 스위칭 소자(3)는 스위치-온 됨으로써, 이 경우 모든 반도체 칩(2)은 전기적으로 단락되고 전류의 흐름은 부속 스위칭 소자(33)를 통해 이루어진다. 그럼으로써 마찬가지로 피크 전류가 방지될 수 있다.
각각 프로그램 기술적인 보호 모듈 설정과 어레인지먼트의 회로 설계의 변경이 조합될 수 있다. 그럼으로써 예를 들어 도 8에 따른 어레인지먼트는 예컨대 도 4에 따른 방법과 조합될 수 있다.
도 9에 따른 방법에서 제1 반도체 칩(2a)은 변조 주기(M)의 시작시 스위치-온 되고, 제2 반도체 칩(2b)은 변조 주기(M)의 종료시 스위치-오프 되도록 스위치-온 된다. 그럼으로써 스위치-온 공정 및 스위치-오프 공정은 통계적으로 분배되고 동시적 스위칭 가능성은 감소한다.
도 9에 도시된 바와 다르게, 바람직하게 반도체 칩들의 제1 그룹은 제1 반도체 칩(2a)에 상응하게 구동 제어되고 반도체 칩들의 제2 그룹은 제2 반도체 칩(2b)에 상응하게 구동 제어된다. 그러나 개략적인 도시를 위해서 단지 2개의 반도체 칩(2a, 2b)만이 나타나 있다. 도 9에 따르면, 반도체 칩(2b)들의 제2 그룹은 각각의 2번째 변조 주기(M)에서만 구동 제어되는데, 이때 이와 같은 구동 제어는 모든 변조 주기(M)에서 가능하다.
또한, 선택적으로 미도시된 반도체 칩(2c)들의 제 3 그룹은, 이와 같은 반도체 칩들의 스위치-온 지속시간들이 변조 주기(M)의 시점(T/2)을 중심으로 각각 대칭적으로 배치되도록 구동 제어될 수 있다. 바람직하게 상기 그룹들은 동일한 개수 또는 단지 최대 2가지 서로 다른 개수의 반도체 칩을 갖는다.
본 출원서에 기술된 발명은 실시예들을 참조한 설명 내용에 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 및 특징들의 각각의 조합을 포함하며, 이는 비록 상기 특징 또는 상기 조합 자체가 명시적으로 특허 청구항들 또는 실시예들에 제시되어 있지 않더라도 특징들의 각각의 조합을 특허 청구항들에 포함하는 것으로 간주한다.
본 출원서는 독일 특허 출원서 10 2013 100 663.9호의 우선권을 청구하며, 따라서 상기 출원서의 공개 내용은 인용 방식으로 본 출원서에 함께 수용된다.
1 어레인지먼트
2 방사선 방출 반도체 칩
20 직렬 회로
3 스위칭 소자
33 부속 스위칭 소자
4 구동 제어 유닛
5 정전류원
6 보호 모듈
7 전기 라인
C 커패시터
G 접지 콘택(Ground)
M 변조 주기
O 스위치-오프 타임 슬롯
P 시간 간격
R 저항기
t 시간
tn 스위치-온 지속시간
T 변조 주기의 총 지속시간

Claims (14)

  1. 어레인지먼트를 작동하기 위한 방법에 있어서,
    ― 상기 어레인지먼트(1)는 N 방사선 방출 반도체 칩(2)들을 포함하고, N은 자연수(N ≥ 2)이며,
    ― 상기 반도체 칩(2)들은 전기 직렬 회로(20) 내에 배치되어 있고,
    ― 상기 어레인지먼트(1)는 복수 개의 스위칭 소자(switching element)(3)를 포함하고, 각각의 반도체 칩(2) 또는 반도체 칩(2)들의 그룹에 하나의 스위칭 소자(3)가 병렬 접속되어 있으며,
    ― 상기 어레인지먼트(1)는 상기 스위칭 소자(3)들을 서로 무관하게 구동 제어하기 위한 구동 제어 유닛(3)을 포함하고,
    ― 상기 어레인지먼트(1)는 상기 직렬 회로(20)에 전류를 공급하기 위한 정전류원(5)을 포함하며,
    ― 스위치-오프(switch-off)시 각각의 반도체 칩(2)은 스위칭 소자(3)에 의해 전기적으로 브릿지 연결(electrically bridged)되고,
    ― 상기 어레인지먼트(1)는 보호 모듈(6)을 포함하며, 그리고
    ― 상기 보호 모듈(6)은 하나 또는 다수의 반도체 칩(2)의 스위치-오프시 피크 전류(peak current)를 감소시키거나 방지하는,
    어레인지먼트 작동 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    ― 상기 반도체 칩(2)들은 펄스 폭 변조(pulse width modulation)에 의해 구동 제어되고,
    ― 상기 구동 제어는 k 비트의 해상도로 이루어지며(k ∈
    Figure pct00002
    및 k ≥ 3),
    ― 변조 주기(M)는 총 지속시간(T)을 갖고,
    ― 상기 변조 주기(M)는 모든 반도체 칩(2)에 대해 적용되는 k 또는 k+1의 시간 간격(P)으로 세분되며,
    ― 적어도 k의 시간 간격의 지속시간은 2m t0(m ∈ [0; k-1]
    Figure pct00003
    및 t0 ≤ T 2-k)에 이르고,
    ― 총 지속시간(T)을 갖는 변조 주기(M) 동안에 n번째 반도체 칩(2)은 스위치-온 지속시간(tn)에 대해 스위치-온 되어 있고, tn은 k 비트로 구동 제어하는 경우에 상응하게 시간 간격(P)의 총합으로부터 구성되며(tn ≤ T),
    ― n ∈ [1; N]
    Figure pct00004
    이고,
    ― 상기 보호 모듈(6)에 의해 시간 간격(P)들은 각각의 시간 간격(P)에서 스위치-온 된 반도체 칩(2)의 개수에 따라 증가하며 정리됨으로써, 결과적으로 변조 주기(M) 동안에 스위치-온 된 반도체 칩(2)의 개수는 적어도 끝에서 2번째 시간 간격(P)까지 일정하게 증가하는,
    어레인지먼트 작동 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    ― 상기 변조 주기(M)는 k+1의 시간 간격(P)으로 세분되고,
    ― 상기 변조 주기(M)의 끝에서 2번째 시간 간격의 종료시 상기 시간 간격(P)에서 스위치-온 된 모든 반도체 칩(2)이 동시에 스위치-오프 됨으로써, 결과적으로 마지막 시간 간격(P)에는 모든 반도체 칩(2)이 스위치-오프 되어 있으며, 그리고
    ― 상기 반도체 칩(2)들 중 하나 이상의 반도체 칩은 변조 주기(M) 동안에 2번 이상 스위치-온 되는,
    어레인지먼트 작동 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    ― 상기 반도체 칩(2)들은 펄스 폭 변조에 의해 구동 제어되고,
    ― 총 지속시간(T)을 갖는 변조 주기(M) 동안에 n번째 반도체 칩(2)은 스위치-온 지속시간(tn)에 대해 스위치-온 되어 있으며(tn ≤ T),
    ― n ∈ [1; N]
    Figure pct00005
    이고, 그리고
    ― 변조 주기(M) 동안에 스위치-온 된 모든 반도체 칩(2)이 변조 주기(M)의 종료시 함께 동시에 스위치-오프 되도록, 상기 보호 모듈(6)에 의해 n번째 반도체 칩(2)은 변조 주기(M)의 시작 후 시점(T-tn)에서 스위치-온 되는,
    어레인지먼트 작동 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    ― 상기 반도체 칩(2)들은 펄스 폭 변조에 의해 구동 제어되고,
    ― 총 지속시간(T)을 갖는 변조 주기(M) 동안에 n번째 반도체 칩(2)은 연속하는 스위치-온 지속시간(tn)에 대해 스위치-온 되어 있으며(tn ≤ T),
    ― n ∈ [1; N]
    Figure pct00006
    이고,
    ― 상기 보호 모듈(6)에 의해 변조 주기(M)의 시작시 상기 반도체 칩(2)들의 일부만이 스위치-온 되며, 그리고
    ― 상기 보호 모듈(6)에 의해 변조 주기(M) 내에서 상기 반도체 칩(2)들 중 하나 이상의 반도체 칩이 스위치-오프 되고 동시에 다른 하나의 반도체 칩(2)이 스위치-온 되는,
    어레인지먼트 작동 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 보호 모듈(6)에 의해 스위치-온 지속시간(tn)들은, 반도체 칩(2)들의 동시적 스위치-온 공정 및 스위치-오프 공정의 빈도가 최대가 되도록 서로 조정되고 변조 주기(M) 내에서 이동하는,
    어레인지먼트 작동 방법.
  7. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    실제 스위치-온 지속시간(tn)을 얻기 위해, 구동 제어 유닛(4)으로부터 출력된 반도체 칩(2)들의 목표 스위치-온 지속시간들 중 적어도 소수의 목표 스위치-온 지속시간은 상기 보호 모듈(6)에 의해 총 지속시간(T)의 15 %까지 변경되는,
    어레인지먼트 작동 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    ― 상기 반도체 칩(2)들은 펄스 폭 변조에 의해 구동 제어되고,
    ― 총 지속시간(T)을 갖는 변조 주기(M) 동안에 n번째 반도체 칩(2)은 연속하는 스위치-온 지속시간(tn)에 대해 스위치-온 되어 있으며(tn ≤ T),
    ― n ∈ [1; N]
    Figure pct00007
    이고,
    ― 상기 보호 모듈(6)에 의해 변조 주기(M)의 시작시 상기 반도체 칩(2)들의 제1 부분이 스위치-온 되며, 그리고
    ― 변조 주기(M)의 종료시 상기 제2 부분의 반도체 칩(2)들이 스위치-오프 되도록, 상기 보호 모듈(6)에 의해 변조 주기(M)의 시작 후 시점(T-tn)에서 반도체 칩(2)들의 제2 부분이 스위치-온 되는,
    어레인지먼트 작동 방법.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모든 스위칭 소자(3)에 공동으로 보호 모듈(6)의 하나의 부속 스위칭 소자(33)가 전기적으로 병렬 접속되어 있고, 상기 스위칭 소자(3)들의 스위칭에 의한 반도체 칩(2)들의 스위치-오프 동안에 상기 반도체 칩(2)들은 각각 상기 부속 스위칭 소자(33)에 의해 전기적으로 브릿지 연결되는,
    어레인지먼트 작동 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자(3)들의 스위칭에 의한 반도체 칩(2)들의 스위치-오프 동안에 정전류원(5)으로부터의 전류 공급이 상기 보호 모듈(6)에 의해 중단되거나 감소하고, 반도체 칩(2)들의 스위치-오프시 전류 공급은 스위치-온 된 반도체 칩(2)들의 개수와 관련하여 스위치-오프 될 반도체 칩(2)들의 비율에 상응하게 감소하는,
    어레인지먼트 작동 방법.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호 모듈(6)은 RC-소자들을 형성하는 전기 저항기(R) 및 전기 커패시터(electric capacitor)(C)를 포함하고, 상기 스위칭 소자(3)들 중 적어도 일부가 각각 하나의 RC-소자에 연결되어 있으며, 상기 RC-소자들은 상이한 시간 상수를 갖는,
    어레인지먼트 작동 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    ― 상기 반도체 칩(2)들은 펄스 폭 변조에 의해 구동 제어되고, 그리고
    ― 상기 시간 상수들은 최대, 펄스 폭 변조의 최소 타임 슬라이스(time slice)만큼 서로 상이한,
    어레인지먼트 작동 방법.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모든 반도체 칩(2)은 동일하게 구성되었고 동일한 스펙트럼 구성(spectral composition)의 광을 방출하기 위해 설계된,
    어레인지먼트 작동 방법.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 위한 어레인지먼트(1)에 있어서,
    상기 어레인지먼트는 적응성 차량 전조등(adaptive front lighting system)에 사용되고, 적응은 반도체 칩(2)들의 구동 제어에 의해 이루어지는,
    어레인지먼트.
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