KR20160110859A - 게이트 오프 지연 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

게이트 오프 지연 보상 회로는 구동 전압이 기준 전압의 제1 및 제2 레벨들에 해당하는 구간을 구동 전압 센싱 구간으로 결정하는 센싱 구간 결정부, 상기 구동 전압이 상기 기준 전압 이상인 구간으로 정의된 구동 전압 초과 구간을 결정하는 구동 전압 초과 구간 결정부 및 상기 구동 전압 센싱 구간과 상기 구동 전압 초과 구간을 기초로 상기 구동 전압의 주기를 결정하는 구동 전압 주기 결정부를 포함한다. 따라서, 게이트 오프 지연 보상 회로는 평균 구동 전류 및 평균 구동 전압을 감소시키고 입력 전압(VIN)의 변화에 따른 구동 전류의 변화량을 감소시킬 수 있다.

Description

게이트 오프 지연 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치 {GATE OFF DELAY COMPENSATION CIRCUIT AND LIGHT APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 게이트 오프 지연 보상 회로의 구동 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평균 구동 전류를 감소시키기 위하여 게이트의 스위칭 주기를 제어하는 게이트 오프 지연 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode) 조명 기기는 기존의 광원과 비교될 때 전력 소모를 감소시킬 수 있어 기존의 조명기구들을 대체하고 있다. 최근의 LED 조명 기기는 교류 직결형 구동 회로를 채택하여 직류가 아닌 교류를 직접 사용할 수 있다.
이러한 교류 직결형 구동 회로는 일정 주기에 따라 입력 전류를 인덕터에 충전시키고, 인덕터에 저장된 에너지를 통해 LED를 구동할 수 있다. 이상적인 교류 직결형 구동 회로는 기준 전압에 의하여 구동 전류 및 구동 전압의 최대값(또는 피크값)이 고정되지만, 실제 교류 직결형 구동 회로는 스위칭 소자의 동작 및 회로의 구동 과정에서 게이트 오프 지연(Gate Off Delay) 및 전파 지연(Propagation Delay)이 발생할 수 있다. 게이트 오프 지연 및 전파 지연에 의하여 입력 전압에 따라 구동 전류 및 구동 전압의 최대값(또는 피크값)이 증가할 수 있다.
즉, 교류 직결형 구동 회로는 게이트 오프 지연 및 전파 지연에 의하여 입력 전압의 증가에 따라 평균 구동 전류가 증가하고 집적 회로의 효율이 저하되며 시스템 발열 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 구동 전압의 주기를 제어하여 평균 구동 전류를 감소시키고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 구동 전압 초과 구간에 비례하는 구간만큼 구동 전압의 주기를 연장시키고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 구동 전압의 주기를 연장시켜 구동 전류를 보상하고자 한다.
실시예들 중에서, 게이트 오프 지연 보상 회로는 구동 전압이 기준 전압의 제1 및 제2 레벨들에 해당하는 구간을 구동 전압 센싱 구간으로 결정하는 센싱 구간 결정부, 상기 구동 전압이 상기 기준 전압 이상인 구간으로 정의된 구동 전압 초과 구간을 결정하는 구동 전압 초과 구간 결정부 및 상기 구동 전압 센싱 구간과 상기 구동 전압 초과 구간을 기초로 상기 구동 전압의 주기를 결정하는 구동 전압 주기 결정부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 센싱 구간 결정부는 조명 밝기와 연관된 디밍 전압을 수신하여 상기 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 센싱 구간 결정부는 상기 기준 전압을 제1 및 제2 레벨을 가지는 제1 및 제2 구간 기준 전압들로 분배하는 전압 분배 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 센싱 구간 결정부는 서로 다른 용량을 가지는 제1 및 제2 커패시터들을 각각 충전 또는 방전시키는 과정을 통해 제1 및 제2 주기 결정 전압들을 각각 생성하는 주기 결정 전압 생성 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기준 전압 생성 모듈은 디밍 전압에 의하여 유도되는 전류의 값에 대응하는 전압을 출력하는 DAC(Digital Analog Converter)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기준 전압 생성 모듈은 상기 출력된 전압을 팔로잉(Following)하여 상기 기준 전압을 생성하는 전압 팔로워를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 센싱 구간 결정부는 상기 기준 전압에 영향받고, 상기 주기의 시점부터 종점까지 충전되되 상기 구동 전압 초과 구간에서 방전되는 제1 커패시터 및 상기 구동 전압 센싱 구간 동안 충전되는 제2 커패시터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 센싱 구간 결정부는 상기 제1 커패시터의 일 단에 직렬 연결된 제1 스위칭 소자와 상기 일 단에 병렬 연결된 제2 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제1 스위칭 소자는 상기 주기의 시점에 제1 인에이블 신호를 수신하고, 상기 제2 스위칭 소자는 상기 구동 전압 초과 구간의 시점에 제2 인에이블 신호를 수신할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 센싱 구간 결정부는 상기 제2 커패시터의 일 단에 직렬 연결된 제3 스위칭 소자와 상기 일 단에 병렬 연결된 제4 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제3 스위칭 소자는 상기 구동 전압 센싱 구간의 시점에 제3 인에이블 신호를 수신하고, 상기 제4 스위칭 소자는 상기 구동 전압 센싱 구간의 종점에 제4 인에이블 신호를 수신할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 구동 전압 초과 구간 결정부는 제1 및 제2 구간 기준 전압들, 상기 기준 전압 및 상기 구동 전압을 수신하여 제1 내지 제4 인에이블 신호들을 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 구동 전압 초과 구간 결정부는 제1 내지 제4 스위칭 소자들을 각각 제어하는 제1 내지 제4 인에이블 신호들을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 구동 전압 주기 결정부는 상기 센싱 구간 결정부로부터 제1 및 제2 주기 결정 전압들을 수신하여 구동 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 구동 전압 주기 결정부는 상기 주기의 시점부터 상기 구동 전압 초과 구간의 시점까지 구동 신호를 제공할 수 있다.
실시예들 중에서, 발광 다이오드 조명 장치는 복수의 LED(Light Emitting Diode) 모듈들, 교류 입력 전압을 전파 정류하는 브릿지 다이오드 및 구동 전원을 인가 받아 상기 복수의 LED 모듈들을 구동시키는 게이트 오프 지연 보상 회로를 포함하고, 상기 게이트 오프 지연 보상 회로는 구동 전압이 기준 전압의 제1 및 제2 레벨들에 해당하는 구간을 구동 전압 센싱 구간으로 결정하는 센싱 구간 결정부, 상기 구동 전압이 상기 기준 전압 이상인 구간으로 정의된 구동 전압 초과 구간을 결정하는 구동 전압 초과 구간 결정부 및 상기 구동 전압 센싱 구간과 상기 구동 전압 초과 구간을 기초로 상기 구동 전압의 주기를 결정하는 구동 전압 주기 결정부를 포함한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 오프 지연 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치는 구동 전압의 주기를 제어하여 평균 구동 전류를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 오프 지연 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치는 구동 전압 초과 구간에 비례하는 구간만큼 구동 전압의 주기를 연장시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 오프 지연 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치는 구동 전압의 주기를 연장시켜 구동 전류를 보상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 오프 지연 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 있는 센싱 구간 결정부를 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 1에 있는 구동 전압 초과 구간 결정부 및 구동 전압 주기 결정부를 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 1에 있는 게이트 오프 지연 보상 회로의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 5는 도 1에 있는 게이트 오프 지연 보상 회로의 제1 내지 제4 인에이블 신호 및 구동 신호에 의한 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 6은 입력 전압에 따라 변화하는 구동 전압을 나타내는 타이밍도이다.
도 7은 인덕터의 용량에 따라 변화하는 구동 전압을 나타내는 타이밍도이다.
본 발명의 실시예에 관한 설명은 본 발명의 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 실시예에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트 오프 지연 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 조명 장치는 교류 입력 전원(10), 브릿지 다이오드(20), 구동 스위칭 소자(30), 구동 전압 센싱 노드(40), 조명부(50) 및 게이트 오프 지연 보상 회로(100)를 포함한다. 게이트 오프 지연 보상 회로(100)는 센싱 구간 결정부(110), 구동 전압 초과 구간 결정부(120) 및 구동 전압 주기 결정부(130)를 포함한다.
교류 입력 전원(10)은 교류 입력 전압(VAC)의 소스에 해당한다. 교류 입력 전압(VAC)의 주파수는 반드시 이에 한정되는 것은 아니나, 전력 공급자에 따라 50Hz 또는 60Hz에 해당할 수 있고, 교류 입력 전압(VAC)의 주파수는 전류 배전 시스템에 따라 흔들릴 수 있다(fluctuation).
브릿지 다이오드(20)는 교류 입력 전원(10)과 전기적으로 연결되고, 복수의 다이오드 소자들(21~24)을 상호 연결하여 구성될 수 있다. 브릿지 다이오드(20)는 교류 입력 전압(VAC)을 전파 정류할 수 있다. 전파 정류된 교류 입력 전압(VIN)은 조명부(50)에 제공될 수 있다.
구동 스위칭 소자(30)는 구동 전압 주기 결정부(130) 및 조명부(50) 사이에 연결될 수 있다. 구동 스위칭 소자(30)는 구동 신호(DRV)를 수신하여 턴-온 또는 턴-오프 될 수 있다. 구동 스위칭 소자(30)는 턴-온 되는 경우 구동 전류(IL1)가 인덕터(52)로 흐르게 하고, 턴-오프 되는 경우 인덕터(52)에 충전되어 있던 전류가 다이오드(53)를 통해 LED 모듈(54)로 흐르도록 할 수 있다. 일 실시예에서, 구동 스위칭 소자(30)는 트랜지스터로 구현될 수 있다. 구동 신호(DRV)는 트랜지스터의 게이트 단자에 전송되어 구동 전류(IL1)의 흐름을 제어할 수 있다.
구동 전압 센싱 노드(40)는 구동 스위칭 소자(30) 및 조명부(50) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 구동 전압(VCS)은 구동 전압 센싱 노드(40)에서 센싱되어 구동 전압 초과 구간 결정부(120)에 인가될 수 있다.
조명부(50)는 감지 저항(51), 인덕터(52), 다이오드(53) 및 LED(Light Emitting Diode) 모듈(54)을 포함한다.
일 실시예에서, 구동 신호(DRV)는 양의 값(하이 레벨 또는 1)에 해당하는 경우 구동 스위칭 소자(30)를 턴-온시키고, 음의 값(로우 레벨 또는 0)에 해당하는 경우 구동 스위칭 소자(30)를 턴-오프시킬 수 있다. 구동 스위칭 소자(30)가 턴-온 되는 경우 구동 전류(IL1)는 감지 저항(51)과 인덕터(52)로 흐르며, 구동 전류(IL1)의 에너지는 인덕터(52)에 저장될 수 있다. 구동 스위칭 소자(30)가 턴-오프 되는 경우 인덕터(52)에 저장된 에너지가 LED 모듈(54)로 제공될 수 있다. 즉, 구동 스위칭 소자(30)가 턴-오프 되는 경우 인덕터(52)는 전류원으로 동작할 수 있다. 인덕터(52)에 저장된 에너지를 기초로 전류는 다이오드(53)를 통해 LED 모듈(54)로 흐를 수 있고, LED 모듈(54)이 구동될 수 있다. 교류 직결형(AC Direct) 조명 장치는 출력(즉, 구동 전류(IL1))을 조절하여 LED 모듈(54)의 밝기를 조절할 수 있다.
일 실시예에서, LED 모듈(54)은 각각의 LED들이 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태로서 n개의 그룹으로 구성되어 배치될 수 있다. 복수의 LED 모듈들(54)은 브릿지 다이오드(20)에서 전파 정류된 교류 입력 전압(VIN)을 인가 받아 구동될 수 있다.
센싱 구간 결정부(110)는 외부로부터 디밍 전압(ADIM)을 수신할 수 있다. 센싱 구간 결정부(110)는 제1 전압 레벨을 가지는 디밍 전압(ADIM)을 수신하여 제2 전압 레벨을 가지는 기준 전압(VREF)을 생성할 수 있다. 센싱 구간 결정부(110)는 기준 전압(VREF)의 제1 및 제2 레벨들에 해당하는 구간을 구동 전압 센싱 구간으로 결정할 수 있다. 여기에서, 구동 전압 센싱 구간 내의 구동 전압(VCS)은 선형(Linear)일 수 있다. 보다 구체적으로, 센싱 구간 결정부(110)는 기준 전압(VREF)을 전압 강하하여 제1 및 제2 구간 기준 전압들을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 구간 기준 전압들은 각각 0.8*VREF 및 0.3*VREF에 해당할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 센싱 구간 결정부(110)는 제1 및 제2 구간 기준 전압들을 통해 구동 전압 센싱 구간을 결정하고, 구동 전압 초과 구간 결정부(120)에 제1 및 제2 구간 기준 전압들 및 기준 전압(VREF)을 인가할 수 있다.
구동 전압 초과 구간 결정부(120)는 센싱 구간 결정부(110) 및 구동 전압 센싱 노드(40)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구동 전압 초과 구간 결정부(120)는 구동 전압 센싱 구간(40)으로부터 구동 전압(VCS)을 수신할 수 있다. 구동 전압 초과 구간 결정부(120)는 구동 전압(VCS)이 기준 전압(VREF) 이상인 구간으로 정의된 구동 전압 초과 구간을 결정할 수 있다. 또한, 구동 전압 초과 구간 결정부(120)는 제1 및 제2 구간 기준 전압들, 기준 전압(VREF) 및 구동 전압(VCS)을 수신하여 제1 내지 제4 인에이블 신호들을 생성할 수 있다.
구동 전압 주기 결정부(130)는 센싱 구간 결정부(110) 및 구동 전압 초과 구간 결정부(120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구동 전압 주기 결정부(130)는 제1 및 제2 주기 결정 전압들(VT1, VT2)을 수신하여 구동 신호(DRV)를 생성할 수 있다. 구동 전압 주기 결정부(130)는 구동 전압 센싱 구간과 구동 전압 초과 구간을 기초로 구동 전압(VCS)의 주기를 결정할 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 센싱 구간 결정부를 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 센싱 구간 결정부(110)는 기준 전압 생성 모듈(210), 전압 분배 모듈(220) 및 주기 결정 전압 생성 모듈(230)을 포함한다.
기준 전압 생성 모듈(210)은 외부로부터 조명 밝기와 연관된 디밍 전압(ADIM)을 수신할 수 있다. 기준 전압 생성 모듈(210)은 디밍 전압(ADIM)에 의하여 유도되는 전류의 값(IDAC)에 대응하는 전압(VDAC)을 출력하는 DAC(Digital Analog Converter)를 포함할 수 있다. 또한, 기준 전압 생성 모듈(210)은 출력된 전압(VDAC)을 팔로잉(Following)하여 기준 전압(VREF)을 생성하는 전압 팔로워를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 기준 전압 생성 모듈(210)은 디밍 전압(ADIM)을 수신하여 연산증폭기(OP-AMP) 및 저항을 통해 전류(I1)를 유도하고 (I1 = ADIM / R1), 유도된 전류(I1)를 미러링하여 제1 미러링 전류(IDAC)를 유도할 수 있다(I1 = IDAC). 제1 미러링 전류(IDAC)는 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 통해 전압(VDAC)으로 변환될 수 있고(VDAC = IDAC * RDAC, RDAC는 디지털-아날로그 변환기의 내부 저항에 해당함), 연산증폭기를 통해 제2 전압 레벨를 가지는 기준 전압(VREF)을 생성할 수 있다(VDAC = VREF).
전압 분배 모듈(220)은 기준 전압 생성 모듈(210) 및 주기 결정 전압 생성 모듈(230) 사이에 배치될 수 있다. 전압 분배 모듈(220)은 기준 전압(VREF)을 전압 강하를 통해 분배하여 제1 및 제2 구간 기준 전압들을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 기준 전압(VREF)이 복수의 저항 소자들(221~223) 양단에 걸리는 경우 기준 전류(I2)가 생성될 수 있다(I2 = VREF / RT, RT = R2+R3+R4).
기준 전압(VREF)은 기준 전류(I2)가 복수의 저항 소자들(RT)(211~213)을 통해 흐르는 경우 전압 강하될 수 있다. 제1 및 제2 구간 기준 전압들은 복수의 저항 소자들(RT)(211~213)의 저항 비를 통해 결정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 저항 소자들(211~213)의 비가 2:5:3인 경우, 제1 구간 기준 전압은 0.8*VREF에 해당할 수 있고, 제2 구간 기준 전압은 0.3*VREF에 해당할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 구간 기준 전압들은 복수의 저항 소자들(211~213)의 비를 달리 하여 결정될 수 있다.
주기 결정 전압 생성 모듈(230)은 전압 분배 모듈(220)과 전기적으로 연결될 수 있다. 주기 결정 전압 생성 모듈(230)은 서로 다른 용량을 가지는 제1 및 제2 커패시터들(235, 236)을 포함하고, 제1 및 제2 커패시터들(235, 236)을 각각 충전 또는 방전시키는 과정을 통해 제1 및 제2 주기 결정 전압들(VT1, VT2)을 각각 생성할 수 있다. 또한, 주기 결정 전압 생성 모듈(230)은 제1 커패시터(235)의 일 단에 직렬 연결된 제1 스위칭 소자(231)와 상기 일 단에 병렬 연결된 제2 스위칭 소자(232)를 포함하고, 제2 커패시터(236)의 일 단에 직렬 연결된 제3 스위칭 소자(233)와 상기 일 단에 병렬 연결된 제4 스위칭 소자(234)를 포함한다.
주기 결정 전압 생성 모듈(230)은 복수의 미러링을 통해 기준 전류(I2)와 동일한 크기의 전류를 미러링하여 제2 미러링 전류(I3)를 유도할 수 있다(I2 = I3 = (ADIM * RDAC) / (R1 * RT)). 주기 결정 전압 생성 모듈(230)은 제1 스위칭 소자(231)를 통해 흐르는 제2 미러링 전류(I3)를 제1 용량을 가지는 제1 커패시터(235)에 충전시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 스위칭 소자(231)가 턴-온되고 제2 스위칭 소자(232)가 턴-오프되는 경우, 제2 미러링 전류(I3)는 제1 커패시터(235)에 충전될 수 있다. 그러나, 제1 스위칭 소자(231)가 턴-오프되고 제2 스위칭 소자(232)가 턴-온되는 경우, 제1 커패시터(235)는 방전되어 제1 커패시터(235)에 저장된 에너지는 방출될 수 있다. 여기에서, 제1 주기 결정 전압(VT1)은 제1 커패시터(235)의 양단에 걸리는 전압에 해당한다.
주기 결정 전압 생성 모듈(230)은 바이어스 전압(Vb)이 걸리는 트랜지스터(237)를 통해 흐르는 전류(I4)를 제2 용량을 가지는 제2 커패시터(236)에 충전시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 제3 스위칭 소자(233)가 턴-온되고 제4 스위칭 소자(234)가 턴-오프되는 경우, 전류(I4)는 제2 커패시터(236)에 충전될 수 있다. 그러나, 제3 스위칭 소자(233)가 턴-오프되고 제4 스위칭 소자(234)가 턴-온되는 경우, 제2 커패시터(236)는 방전되어 제2 커패시터(236)에 저장된 에너지는 방출될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 내지 제4 스위칭 소자들(231~234)은 트랜지스터로 구현될 수 있다. 여기에서, 제2 주기 결정 전압(VT2)은 제2 커패시터(236)의 양단에 걸리는 전압에 해당한다.
주기 결정 전압 생성 모듈(230)은 제1 및 제2 커패시터들(235, 236)의 용량 비를 이용하여 일정한 주기를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 커패시터들(235, 236)의 용량 비를 4:1로 가정할 수 있다. 이 경우, 제1 커패시터(235)에 걸리는 전압(VT1)은 “VT1 = (I3 * 4T) / 4C = (ADIM * RDAC * 4T) / (R1 * RT * 4C), T는 시간)”에 해당할 수 있다. 결과적으로, 제1 커패시터(235)에 걸리는 전압(VT1)은 디밍 전압(ADIM)의 변화에 따라 변경될 수 있고, 주기 결정 전압 생성 모듈(230)은 제1 커패시터(235)에 충전되는 전류(I3)의 크기를 같이 변화시켜 일정한 주기 “T = (C*V) /I” 를 가질 수 있다. 또한, 제2 커패시터(236)에 걸리는 전압(VT2)은 “VT2 = (I4 * T) / C”에 해당할 수 있다. “VT2 = (I4 * T) / C”의 식에서 제2 커패시터(236)의 용량과 전류(I4)의 크기는 일정하기 때문에, 디밍 전압(ADIM)의 변화에 따라 전압(VT1)이 변경되는 경우, “VT1 = VT2”의 식에 의하여 제2 커패시터(236)가 충전되는 주기(T)도 변경되므로 일정한 구간 동안 구동 전류(IL1)를 센싱할 수 있다.
도 3은 도 1에 있는 구동 전압 초과 구간 결정부 및 구동 전압 주기 결정부를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 구동 전압 초과 구간 결정부(120)는 구동 전압 센싱 노드(40)로부터 구동 전압(VCS)을 수신하고 구동 전압(VCS)과 기준 전압(VREF)을 비교하여 구동 전류 초과 구간을 결정할 수 있다.
구동 전압 초과 구간 결정부(120)는 제1 및 제2 커패시터들(235, 236)을 각각 충전할 수 있도록 제1 및 제3 스위칭 소자들(231, 233)을 제어하고, 제1 및 제2 커패시터들(235, 236)을 각각 방전할 수 있도록 제2 및 제4 스위칭 소자들(232, 234)을 제어하는 제1 내지 제4 인에이블 신호들(DCHGb, DCHG1, NDT, DCHG2)을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 구동 전압 초과 구간 결정부(120)는 제1 내지 제4 인에이블 신호들(DCHGb, DCHG1, NDT, DCHG2)을 생성하여 제1 내지 제4 스위칭 소자들(231~234)을 각각 제어할 수 있다. 제1 내지 제4 인에이블 신호들(DCHGb, DCHG1, NDT, DCHG2)은 양의 값(하이 레벨 또는 1)에 해당하는 경우 제1 내지 제4 스위칭 소자들(231~234)을 각각 턴-온시킬 수 있고, 음의 값(로우 레벨 또는 0)에 해당하는 경우 제1 내지 제4 스위칭 소자들(231~234)을 각각 턴-오프시킬수 있다.
구동 전압 주기 결정부(130)는 구동 신호(DRV)를 생성하여 구동 스위칭 소자(30)를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 구동 전압 주기 결정부(130)는 제1 및 제2 주기 결정 전압들(VT1, VT2)과 구동 전압 초과 구간 결정부(120)에서 출력되는 리셋 신호(RST)를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 구동 전압 주기 결정부(130)는 수신된 전압들(VT1, VT2)의 연산증폭기 출력과 리셋 신호(RST)를 SR래치에 제공하고, SR래치를 통해 구동 신호(DRV)를 생성할 수 있다.
도 4는 도 1에 있는 게이트 오프 지연 보상 회로의 동작을 나타내는 타이밍도이고, 도 5는 도 1에 있는 게이트 오프 지연 보상 회로의 제1 내지 제4 인에이블 신호 및 구동 신호에 의한 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 6은 입력 전압에 따라 변화하는 구동 전압을 나타내는 타이밍도이고, 도 7은 인덕터의 용량에 따라 변화하는 구동 전압을 나타내는 타이밍도이다.
이상적인 교류 직결형 구동 회로는 기준 전압에 의하여 구동 전류의 최대값(410)이 고정된다. 따라서, 구동 전압은 기준 전압의 범위 내에서 형성될 수 있다(430).
하지만, 실제 교류 직결형 구동 회로는 구동 스위칭 소자의 동작 및 회로의 구동 과정에서 게이트 오프 지연(Gate Off Delay) 및 전파 지연(Propagation Delay)이 발생할 수 있고, 게이트 오프 지연 및 전파 지연에 의하여 입력 전압에 따라 구동 전류 및 구동 전압의 최대값(또는 피크값)이 증가할 수 있다(420).
도 4에서, LED 모듈(54)을 동작시키는 전류량(450)은 구동 전압(VCS)의 감소 파형(440)의 면적(450)에 해당할 수 있다. 예를 들어, 구동 전압(VCS)이 증가하는 동안 구동 전류(IL1)는 인덕터(52)에 충전되며, 구동 전압(VCS)이 감소하는 동안 감소 파형(440)의 면적(450)에 해당하는 전류량이 LED 모듈(54)에 흐를 수 있다.
주기 결정 전압 생성 모듈(230)은 기준 전압(VREF)에 영향 받고, 구동 전압 주기의 시점부터 종점까지 충전되되 구동 전압 초과 구간(TD)에서 방전되는 제1 커패시터 및 구동 전압 센싱 구간(T1) 동안 충전되는 제2 커패시터를 포함할 수 있다.
주기 결정 전압 생성 모듈(230)은 제1 커패시터(235)의 일 단에 직렬 연결된 제1 스위칭 소자(231)와 상기 일 단에 병렬 연결된 제2 스위칭 소자(232)를 포함하고, 제2 커패시터(236)의 일 단에 직렬 연결된 제3 스위칭 소자(233)와 상기 일 단에 병렬 연결된 제4 스위칭 소자(234)를 포함한다. 구동 전압 주기의 시점에서, 제1 스위칭 소자(231)는 제1 인에이블 신호(DCHGb)를 수신하고 제1 커패시터(235)는 제2 미러링 전류(I3)에 의하여 충전될 수 있다. 구동 전압 초과 구간(TD)의 시점(410)에서, 제2 스위칭 소자(232)는 제2 인에이블 신호(DCHG1)를 수신하고, 제1 커패시터(235)는 방전될 수 있다. 또한, 구동 전압 초과 구간 결정부(120)는 구동 전압 초과 구간(TD)의 시점(410)에서 방전 신호(VT_SC)를 제공할 수 있다. 제1 스위칭 소자(231)는 구동 전압 초과 구간(TD)의 종점에서 제1 인에이블 신호(DCHGb)를 다시 수신할 수 있다.
구동 전압 센싱 구간(T1)의 시점에서, 제3 스위칭 소자(233)는 제3 인에이블 신호(NDT)를 수신하고 제2 커패시터(236)는 트랜지스터(237)를 통해 흐르는 전류(I4)에 의하여 충전될 수 있다. 구동 전압 센싱 구간(T1)의 종점에서, 제4 스위칭 소자(234)는 제4 인에이블 신호(DCHG2)를 수신하고, 제2 커패시터(236)는 방전될 수 있다.
도 6을 참조하면, 인덕터(52)의 용량이 일정한 경우, 구동 전압(VCS)의 증가 기울기는 입력 전압(VIN)의 크기에 비례하지만, 구동 전압(VCS)의 감소 기울기(440)는 입력 전압(VIN)과 관계 없이 일정할 수 있다. 예를 들어, 입력 전압(VIN)이 265V인 경우의 구동 전압(VCS)의 증가 기울기는 85V인 경우보다 클 수 있다.
일 실시예에서, 입력 전압(VIN)이 높을수록 구동 전압(VCS)은 빠르게 증가하고, LED 모듈(54)에 흐르는 초과 전류의 양이 증가할 수 있다. 입력 전압(VIN)이 높아지면 구동 전압(VCS)의 최대 값이 증가할 수 있고, 구동 전압(VCS)의 감소 파형(440)의 면적(450)이 증가할 수 있다. 즉, 구동 전압(VCS)의 최대점(또는 피크점)부터 구동 전압 초과 구간(TD)의 종점까지의 파형의 밑면적은 게이트 오프 지연 및 전파 지연에 의한 초과 전류량에 해당할 수 있다.
구동 전압(VCS)은 구동 전압 센싱 구간(T1)의 4배에 해당하는 구간(4*T1)동안 증가 및 감소할 수 있다. 보다 구체적으로, 구동 전압(VCS)의 감소 기울기(440)가 일정한 경우에는, 구동 전압(VCS)이 기준 전압(VREF)까지 증가하는 구간(또는, 구동 신호(DRV)가 하이 레벨인 구간) 및 구동 전압 초과 구간(TD)의 합은 구동 전압 센싱 구간(T1)의 2배에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 커패시터(235)는 구동 전압 초과 구간(TD)에서 방전되기 때문에, 구동 전압(VCS)의 주기는 구동 전압 초과 구간(TD)의 2배에 해당하는 구간만큼 연장될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 커패시터(235)의 충전되는 속도가 방전되는 속도와 동일한 경우, 제1 주기 결정 전압(VT1)은 구동 전압 초과 구간(TD)의 2배에 해당하는 구간 동안 추가로 충전되어야 제2 주기 결정 전압(VT2)과 같은 값을 가질 수 있다. 따라서, 구동 전압(VCS)의 주기는 구동 전압 센싱 구간(T1)의 4배에 해당하는 구간 및 구동 전압 초과 구간(TD)의 2배에 해당하는 구간의 합에 해당할 수 있다(T = 4*T1 + 2*TD).
일 실시예에서, 입력 전압(VIN)이 증가하는 경우 구동 전압 센싱 구간(T1)의 4배에 해당하는 구간은 감소하고, 구동 전압 초과 구간(TD)의 2배에 해당하는 구간은 증가할 수 있다. 한편, 입력 전압(VIN)이 감소하는 경우 구동 전압 센싱 구간(T1)의 4배에 해당하는 구간은 증가하고, 구동 전압 초과 구간(TD)의 2배에 해당하는 구간은 감소할 수 있다. 따라서, 게이트 오프 지연 보상 회로(100)는 입력 전압(VIN)의 변화와 관계 없이 구동 전압(VCS)의 주기를 일정한 수준으로 유지할 수 있다.
구동 전압 주기 결정부(130)는 구동 전압 주기의 시점부터 구동 전압 초과 구간의 시점(410)까지 구동 신호(DRV)를 제공할 수 있다. 즉, 구동 전압 주기 결정부(130)는 제1 주기 결정 전압(VT1)이 제2 주기 결정 전압(VT2)에 도달하면 구동 신호(DRV)를 제공할 수 있다. 구동 전압 주기 결정부(130)는 구동 전압(VCS)이 기준 전압(VREF)에 도달하면 구동 신호(DRV)의 제공을 중단할 수 있다. 또한, 구동 전압 주기 결정부(130)는 구동 전류 센싱 구간(T1)에 비례하는 구간 및 구동 전류 초과 구간(TD)에 비례하는 구간 동안 구동 신호(DRV)의 생성을 중단할 수 있다.
일 실시예에서, 구동 전압 주기 결정부(130)는 2배의 구동 전압 센싱 구간(T1) 및 3배의 구동 전압 초과 구간(TD)에 해당하는 구간 동안 구동 신호(DRV)의 제공을 중단할 수 있다. 즉, 구동 신호(DRV)(또는 Gate Pulse)는 구동 전압(VCS) 주기의 시점부터 구동 전압 초과 구간(TD)의 시점까지(또는, 구동 전압(VCS)이 기준 전압(VREF)까지 증가하는 구간 동안) 양의 값(하이 레벨 또는 1)에 해당할 수 있고, “2*T1 + 3*TD“에 해당하는 구간 동안 음의 값(로우 레벨 또는 0)에 해당할 수 있다.
도 7을 참조하면, 구동 전압(VCS)의 감소 기울기(440)의 크기는 인덕터(52)의 용량에 반비례한다. 예를 들어, 인덕터(52)의 용량이 528?H에 해당하는 경우의 구동 전압(VCS)의 감소 기울기(440)의 크기는 792?H에 해당하는 경우보다 클 수 있다. 즉, 인덕터(52)의 용량이 작을수록 구동 전압(VCS)은 빠르게 감소하고, LED 모듈(54)을 동작시키는 전류량(450) 및 구동 전압(VCS)의 주기는 감소할 수 있다.
따라서, 게이트 오프 지연 보상 회로(100)는 구동 전압(VCS)의 주기를 구동 전압 초과 구간(TD)에 비례하는 구간만큼 연장하여, 평균 구동 전류 및 평균 구동 전압을 감소시키고 입력 전압(VIN)의 변화에 따른 구동 전류의 변화량을 감소시킬 수 있다. 게이트 오프 지연 보상 회로(100)는 넓은 입력 전압의 범위에서 높은 정확도(Accuracy)를 가지는 구동 전류를 구현할 수 있다. 또한, 게이트 오프 지연 보상 회로(100)는 구동 전압(VCS)의 주기를 연장하여 집적 회로의 효율을 증가시키고, 시스템의 발열 문제를 해결할 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 교류 입력 전원 20: 브릿지 다이오드
30: 구동 스위칭 소자 40: 구동 전압 센싱 노드
50: 조명부 51: 감지 저항
52: 인덕터 53: 다이오드
54: LED 모듈
100: 게이트 오프 지연 보상 회로
110: 센싱 구간 결정부 120: 구동 전압 초과 구간 결정부
130: 구동 전압 주기 결정부
210: 기준 전압 생성 모듈 211: DAC
212: 전압 팔로워 220: 전압 분배 모듈
221, 222, 223: 복수의 저항 소자들
230: 주기 결정 전압 생성 모듈
231: 제1 스위칭 소자 232: 제2 스위칭 소자
233: 제3 스위칭 소자 234: 제4 스위칭 소자
235: 제1 커패시터 236: 제2 커패시터
237: 트랜지스터

Claims (14)

  1. 구동 전압이 기준 전압의 제1 및 제2 레벨들에 해당하는 구간을 구동 전압 센싱 구간으로 결정하는 센싱 구간 결정부;
    상기 구동 전압이 상기 기준 전압 이상인 구간으로 정의된 구동 전압 초과 구간을 결정하는 구동 전압 초과 구간 결정부; 및
    상기 구동 전압 센싱 구간과 상기 구동 전압 초과 구간을 기초로 상기 구동 전압의 주기를 결정하는 구동 전압 주기 결정부를 포함하는 게이트 오프 지연 보상 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센싱 구간 결정부는
    조명 밝기와 연관된 디밍 전압을 수신하여 상기 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 오프 지연 보상 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 센싱 구간 결정부는
    상기 기준 전압을 제1 및 제2 레벨을 가지는 제1 및 제2 구간 기준 전압들로 분배하는 전압 분배 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 오프 지연 보상 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 센싱 구간 결정부는
    서로 다른 용량을 가지는 제1 및 제2 커패시터들을 각각 충전 또는 방전시키는 과정을 통해 제1 및 제2 주기 결정 전압들을 각각 생성하는 주기 결정 전압 생성 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 오프 지연 보상 회로.
  5. 제2항에 있어서, 상기 기준 전압 생성 모듈은
    디밍 전압에 의하여 유도되는 전류의 값에 대응하는 전압을 출력하는 DAC(Digital Analog Converter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 오프 지연 보상 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기준 전압 생성 모듈은
    상기 출력된 전압을 팔로잉(Following)하여 상기 기준 전압을 생성하는 전압 팔로워를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 오프 지연 보상 회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 센싱 구간 결정부는
    상기 기준 전압에 영향 받고, 상기 주기의 시점부터 종점까지 충전되되 상기 구동 전압 초과 구간에서 방전되는 제1 커패시터; 및
    상기 구동 전압 센싱 구간 동안 충전되는 제2 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 게이트 오프 지연 보상 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 센싱 구간 결정부는
    상기 제1 커패시터의 일 단에 직렬 연결된 제1 스위칭 소자와 상기 일 단에 병렬 연결된 제2 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 제1 스위칭 소자는 상기 주기의 시점에 제1 인에이블 신호를 수신하고, 상기 제2 스위칭 소자는 상기 구동 전압 초과 구간의 시점에 제2 인에이블 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 게이트 오프 지연 보상 회로.
  9. 제7항에 있어서, 상기 센싱 구간 결정부는
    상기 제2 커패시터의 일 단에 직렬 연결된 제3 스위칭 소자와 상기 일 단에 병렬 연결된 제4 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 제3 스위칭 소자는 상기 구동 전압 센싱 구간의 시점에 제3 인에이블 신호를 수신하고, 상기 제4 스위칭 소자는 상기 구동 전압 센싱 구간의 종점에 제4 인에이블 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 게이트 오프 지연 보상 회로.
  10. 제1항에 있어서, 상기 구동 전압 초과 구간 결정부는
    제1 및 제2 구간 기준 전압들, 상기 기준 전압 및 상기 구동 전압을 수신하여 제1 내지 제4 인에이블 신호들을 생성하는 것을 특징으로 하는 게이트 오프 지연 보상 회로.
  11. 제1항에 있어서, 상기 구동 전압 초과 구간 결정부는
    제1 내지 제4 스위칭 소자들을 각각 제어하는 제1 내지 제4 인에이블 신호들을 제공하는 것을 특징으로 하는 게이트 오프 지연 보상 회로.
  12. 제1항에 있어서, 상기 구동 전압 주기 결정부는
    상기 센싱 구간 결정부로부터 제1 및 제2 주기 결정 전압들을 수신하여 구동 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 게이트 오프 지연 보상 회로.
  13. 제1항에 있어서, 상기 구동 전압 주기 결정부는
    상기 주기의 시점부터 상기 구동 전압 초과 구간의 시점까지 구동 신호를 제공하는 것을 특징으로 게이트 오프 지연 보상 회로.
  14. 복수의 LED(Light Emitting Diode) 모듈들;
    교류 입력 전압을 전파 정류하는 브릿지 다이오드; 및
    구동 전원을 인가 받아 상기 복수의 LED 모듈들을 구동시키는 게이트 오프 지연 보상 회로를 포함하고,
    상기 게이트 오프 지연 보상 회로는
    구동 전압이 기준 전압의 제1 및 제2 레벨들에 해당하는 구간을 구동 전압 센싱 구간으로 결정하는 센싱 구간 결정부;
    상기 구동 전압이 상기 기준 전압 이상인 구간으로 정의된 구동 전압 초과 구간을 결정하는 구동 전압 초과 구간 결정부; 및
    상기 구동 전압 센싱 구간과 상기 구동 전압 초과 구간을 기초로 상기 구동 전압의 주기를 결정하는 구동 전압 주기 결정부를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치.

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