KR20160116275A - 전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

전류 보상 회로는 구동 스위칭 소자가 턴-온되면, 상기 구동 스위칭 소자를 통과한 구동 전류에 의하여 발생된 센싱 전압이 제1 특정 전압 이하로 떨어진 보상 시간을 측정하고, 상기 센싱 전압이 제2 특정 전압에 도달한 시점부터 상기 측정된 보상 시간만큼 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점을 지연하는 전류 보상부 및 상기 지연된 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부를 포함한다. 따라서, 전류 보상 회로는 입력 전압 및 출력 전압의 변동에 관계없이 평균 구동 전류를 정밀하게 제어할 수 있고, 피크 전류 모드(Peak Current Mode) 제어 방식을 사용하여 발광 다이오드를 동작할 수 있다.

Description

전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치 {CURRRENT COMPENSATION CIRCUIT AND LIGHT APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 전류 보상 회로의 구동 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입력 전압 및 출력 전압의 변동에 관계없이 평균 구동 전류를 정밀하게 제어할 수 있는 전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode) 조명 장치는 스위칭 컨버터 방식을 통해 구동될 수 있고, 스위칭 컨버터의 종류로는 벅 타입(Buck-type), 부스트 타입(Boost-type) 및 벅-부스트 타입(Buck-Boost-type)이 있다. 종래에는 부스트 타입의 스위칭 컨버터가 주로 사용되었으나, 최근에는 집적 회로(IC)의 원가 절감을 위하여 벅 타입이 많이 사용된다. 스위칭 컨버터의 종류는 입력 전압 대비 출력 전압의 비율에 따라 구분될 수 있고, 평균 인덕터 전류 모드 방식을 구현하기 위하여 모스펫(MOSFET)을 포함할 수 있다.
LED 조명 장치는 모스펫(MOSFET)을 포함하는 고효율의 조명 장치 구동 회로에 의하여 구동될 수 있다. 이상적인 모스펫(MOSFET)은 LED 모듈을 구동시키는 구동 전류가 제로의 값에 도달하면 즉시 턴-온되지만, 실제 모스펫은 구동 전류가 제로의 값에 도달하는 시점과 턴-온 시점 간에 지연이 발생할 수 있다. 따라서, LED 조명 장치가 실제 모스펫에 의하여 구동되는 경우, 구동 전류의 최소 값이 음의 값(Negative Value)에 해당할 수 있고, 평균 구동 전류가 이상적인 모스펫을 사용하는 경우보다 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 입력 전압 및 출력 전압의 변동에 관계없이 평균 구동 전류를 정밀하게 제어하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 구동 스위칭 소자의 턴-온 지연 시간과 연관된 보상 시간을 측정하고, 측정된 보상 시간만큼 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점을 지연하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 피크 전류 모드(Peak Current Mode) 제어 방식을 사용하여 발광 다이오드를 동작시키고자 한다.
실시예들 중에서, 전류 보상 회로는 구동 스위칭 소자가 턴-온되면, 상기 구동 스위칭 소자를 통과한 구동 전류에 의하여 발생된 센싱 전압이 제1 특정 전압 이하로 떨어진 보상 시간을 측정하고, 상기 센싱 전압이 제2 특정 전압에 도달한 시점부터 상기 측정된 보상 시간만큼 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점을 지연하는 전류 보상부 및 상기 지연된 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 전류 보상부는 상기 보상 시간 동안 충전 또는 방전되어 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점을 지연시키는 용량성 소자를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전류 보상부는 상기 센싱 전압을 제1 특정 전압과 비교하여 상기 용량성 소자의 충전과 연관된 제1 스위칭 신호를 제공하는 보상 시간 측정 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전류 보상부는 상기 제2 특정 전압을 상기 센싱 전압과 비교하여 상기 용량성 소자의 방전과 연관된 제2 스위칭 신호를 제공하는 턴-오프 지연 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전류 보상 회로는 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 상기 용량성 소자의 양단에 걸리는 톱니파 전압을 초기화시키는 톱니파 전압 초기화부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 톱니파 전압 초기화부는 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 전압 팔로워(Voltage Follower)를 통해 제3 특정 전압을 상기 톱니파 전압에 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전류 보상부는 제1 스위칭 신호를 기초로 상기 구동 스위칭 소자의 턴-온 시점부터 상기 보상 시간 동안 정전류를 용량성 소자에 충전시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전류 보상부는 제2 스위칭 신호를 기초로 상기 센싱 전압이 상기 제2 특정 전압에 도달하는 시점부터 상기 보상 시간 동안 상기 용량성 소자를 방전시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스위칭 제어부는 상기 구동 전류가 특정 전류 이하로 떨어지면 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키도록 트리거 신호를 제공하는 트리거 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스위칭 제어부는 상기 트리거 신호를 수신하여 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스위칭 제어부는 상기 구동 스위칭 소자의 턴-온 구간에 해당하는 펄스 폭을 상기 보상 시간만큼 증가시키도록 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 제공되는 펄스 폭 제어 신호를 생성하는 펄스 폭 제어 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 펄스 폭 제어 모듈은 상기 용량성 소자의 양단에 걸리는 톱니파 전압을 제3 특정 전압과 비교하여 상기 펄스 폭 제어 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스위칭 제어부는 상기 펄스 폭 제어 신호를 수신하여 상기 구동 스위칭 소자를 턴-오프시키는 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다.
실시예들 중에서, 발광 다이오드 조명 장치는 LED(Light Emitting Diode) 모듈, 상기 LED 모듈과 직렬 연결된 인덕터, 상기 LED 모듈 및 상기 인덕터와 직렬 연결된 구동 스위칭 소자 및 상기 LED 모듈을 구동시키는 구동 전류에 의하여 발생된 센싱 전압을 기초로 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점을 제어하는 전류 보상 회로를 포함하고, 상기 전류 보상 회로는 구동 스위칭 소자가 턴-온되면, 상기 구동 스위칭 소자를 통과한 구동 전류에 의하여 발생된 센싱 전압이 제1 특정 전압 이하로 떨어진 보상 시간을 측정하고, 상기 센싱 전압이 제2 특정 전압에 도달한 시점부터 상기 측정된 보상 시간만큼 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점을 지연하는 전류 보상부 및 상기 지연된 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부를 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 전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치는 입력 전압 및 출력 전압의 변동에 관계없이 평균 구동 전류를 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치는 구동 스위칭 소자의 턴-온 지연 시간과 연관된 보상 시간을 측정하고, 측정된 보상 시간만큼 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점을 지연할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치는 피크 전류 모드(Peak Current Mode) 제어 방식을 사용하여 발광 다이오드를 동작시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1에 있는 전류 보상 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 1에 있는 전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 4는 도 1에 있는 전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치의 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
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 전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치를 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드 조명 장치는 LED 모듈(10), 출력 커패시터(20), 인덕터(30), 다이오드(40), 구동 스위칭 소자(50), 센싱 저항(60), 커플링 커패시터(70), 제1 및 제2 분배 저항들(80, 90) 및 전류 보상 회로(100)를 포함한다.
발광 다이오드 조명 장치는 입력 전원으로부터 입력 전압(VIN)을 공급받을 수 있다. 즉, 입력 전원은 입력 전압(VIN)의 소스에 해당한다. 입력 전압(VIN)은 직류 전압(VDC) 또는 교류 전압(VAC)에 해당할 수 있다. 입력 전압(VIN)이 직류 전압(VDC)에 해당하면, 입력 전원은 안정적인 직류 전원(VDC)을 공급할 수 있다. 한편, 입력 전압(VIN)이 교류 전압(VAC)에 해당하는 경우, 교류 입력 전압(VAC)의 주파수는 전력 공급자에 따라, 반드시 이에 한정되는 것은 아니나 50Hz 또는 60Hz에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 발광 다이오드 조명 장치는 스위칭 컨버터 방식을 통해 구동될 수 있다. 이하 실시예에서, 발광 다이오드 조명 장치는 벅 타입(Buck-type)으로 구현되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 부스트 타입(Boost-type) 또는 벅-부스트 타입(Buck-Boost-type)으로도 구현될 수 있다.
LED 모듈(10)은 각각의 LED(Light Emitting Diode)들이 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태로서 N개(N은 자연수)의 그룹으로 구성되어 배치될 수 있다. LED 모듈(10)은 입력 전압(VIN)을 인가 받아 구동될 수 있다.
출력 커패시터(20)는 LED 모듈(10)과 병렬 연결될 수 있다. 구동 전류(IL)는 출력 커패시터(20)의 양단에 걸리는 전압(VOUT)에 의하여 LED 모듈(10)을 구동할 수 있다. 구동 전류(IL)는 LED 모듈(10)을 구동시키며, 구동 스위칭 소자(50)가 턴-온되는 경우 구동 스위칭 소자(50)를 통해 흐르는 전류를 의미한다.
인덕터(30)는 LED 모듈(10) 및 출력 커패시터(20)와 직렬로 연결될 수 있다. 구동 스위칭 소자(50)는 인덕터(30) 및 다이오드(40)와 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 구동 스위칭 소자(50)는 인덕터(30) 및 전류 보상 회로(100) 사이에 배치될 수 있다. 구동 스위칭 소자(50)는 전류 보상 회로(100)로부터 스위칭 제어 신호(Switching Control Signal)를 수신하여 턴-온 또는 턴-오프될 수 있다. 구동 스위칭 소자(50)는 턴-온되는 경우 구동 전류(IL)가 센싱 저항(60)으로 흐르게 하고, 턴-오프되는 경우 구동 전류(IL)의 흐름을 차단할 수 있다.
일 실시예에서, 구동 스위칭 소자(50)가 턴-온되면 구동 전류(IL)는 구동 스위칭 소자(50)를 통하여 흐를 수 있고, 인덕터(30)는 구동 전류(IL)를 충전할 수 있다. 한편, 구동 스위칭 소자(50)가 턴-오프되면 인덕터(30)에 충전된 전류는 방전되어 다이오드(40)를 통해 LED 모듈(10)로 흐를 수 있다. 즉, 인덕터(30)는 구동 스위칭 소자(50)가 턴-오프되는 동안 구동 전류(IL)의 전류원으로 동작할 수 있다.
일 실시예에서, 구동 스위칭 소자(50)는 파워 모스펫(Power MOSFET)으로 구현될 수 있다. 구동 스위칭 소자(50)가 파워 모스펫으로 구현되는 경우, 스위칭 제어 신호(Switching Control Signal)는 GATE 핀을 통하여 파워 모스펫의 게이트 단자에 전송될 수 있고, 구동 전류(IL)의 흐름을 제어할 수 있다. 스위칭 제어 신호는 양의 값(하이 레벨 또는 1)에 해당하는 경우 구동 스위칭 소자(50)를 턴-온시키고, 음의 값(로우 레벨 또는 0)에 해당하는 경우 구동 스위칭 소자(50)를 턴-오프시킬 수 있다. 발광 다이오드 조명 장치는 출력(즉, 구동 전류)을 조절하여 LED 모듈(10)의 밝기를 조절할 수 있다.
센싱 저항(60)은 구동 스위칭 소자(50) 및 전류 보상 회로(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 센싱 저항(60)의 양단에 걸리는 전압(VCS)은 CS 핀을 통해 전류 보상 회로(100)에 인가될 수 있다. 즉, 센싱 저항(60)은 구동 전류(IL)를 센싱하기 위하여 구동 스위칭 소자(50)의 일단에 연결될 수 있다.
커플링 커패시터(70)는 인덕터(30) 및 구동 스위칭 소자(50)와 전기적으로 연결될 수 있다. 커플링 커패시터(70)는 구동 전류(IL)의 직류 성분을 차단하고 교류 성분을 통과시킬 수 있다. 일 실시예에서, 구동 스위칭 소자(50)가 파워 모스펫으로 구현되는 경우, 구동 전류(IL)가 제로에 도달하면 파워 모스펫의 드레인 전압(VD)이 급격히 감소할 수 있다. 커플링 커패시터(70)는 드레인 전압(VD)이 급격히 낮아지는 구간을 검출하기 위하여 교류 성분을 통과시킬 수 있다.
일 실시예에서, 구동 전류(IL)가 제로에 도달하면 전류 보상 회로(100)는 구동 스위칭 소자(50)를 턴-온시키기 위한 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 구동 전류(IL)가 제로에 도달하면 인덕터(30)의 양단에 걸리는 전압이 제로가 될 수 있다. 하지만, 구동 전류(IL)가 제로에 도달하는 시점 및 드레인 전압(VD)과 인덕터(30)와 LED 모듈(10) 사이의 단자에 걸리는 전압(VIN - VOUT)이 동일해지는 시점 간에 시간 차가 발생하기 때문에 구동 스위칭 소자(50)의 턴-온이 지연될 수 있다. 전류 보상 회로(100)는 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점을 지연하여 평균 구동 전류를 정밀하게 제어할 수 있다.
제1 및 제2 분배 저항들(80, 90)은 커플링 커패시터(70)와 직렬 연결될 수 있고, ZT 핀은 제1 및 제2 분배 저항들(80, 90) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 분배 저항들(80, 90)은 커플링 커패시터(70)를 통과한 교류 성분의 전압을 분배할 수 있다. ZT 핀에 인가되는 전압은 제1 및 제2 분배 저항들(80, 90)의 저항 값의 비율을 통해 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 분배 저항들(80, 90)의 저항 값의 비율이 9:1에 해당하는 경우, ZT 핀에 인가되는 전압은 커플링 커패시터(70)를 통과한 교류 성분 전압의 1/10에 해당할 수 있다. 전류 보상 회로(100)는 입력 전원으로부터 수신하는 입력 전압(VIN)보다 상당히 낮은 전압에 의해 동작하기 때문에, 제1 및 제2 분배 저항들(80, 90)은 전류 보상 회로(100)의 과부하를 방지할 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 전류 보상 회로의 구성을 나타내는 회로도이고,
도 2를 참조하면, 전류 보상 회로(100)는 전류 보상부(110), 스위칭 제어부(120) 및 톱니파 전압 초기화부(130)를 포함한다.
전류 보상부(110)는 보상 시간 측정 모듈(112), 턴-오프 지연 모듈(114) 및 용량성 소자(116)을 포함할 수 있다. 전류 보상부(110)는 구동 스위칭 소자(50)를 통과한 구동 전류(IL)에 의하여 발생된 센싱 전압(VCS)을 CS 핀을 통해 수신할 수 있다. 센싱 전압(VCS)은 CS 핀을 통하여 보상 시간 측정 모듈(112) 및 턴-오프 지연 모듈(114)에 제공될 수 있다.
보상 시간 측정 모듈(112)은 제1 비교기(112-1) 및 제1 스위칭 소자(112-2)를 포함할 수 있다. 보상 시간 측정 모듈(112)은 센싱 전압(VCS)이 제1 특정 전압 이하로 떨어진 보상 시간을 측정할 수 있다. 여기에서, 보상 시간은 구동 스위칭 소자(50)의 턴-온 지연 시간과 연관될 수 있다. 센싱 전압(VCS)은 구동 스위칭 소자(50)의 턴-온 지연 시간 동안 제1 특정 전압 이하로 떨어질 수 있고, 구동 스위칭 소자(50)가 턴-온되면 일정한 기울기를 가지고 증가할 수 있다. 즉, 턴-온 지연 시간 및 보상 시간은 비례할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 특정 전압은 제로 전압(VZERO)에 해당할 수 있다.
제1 비교기(112-1)는 센싱 전압(VCS)을 제1 특정 전압과 비교하여 용량성 소자(116)의 충전과 연관된 제1 스위칭 신호를 제1 스위칭 소자(112-2)에 제공할 수 있다. 보상 시간 측정 모듈(112)은 제1 스위칭 소자(112-2)가 턴-온되면 정전류(ISAW)를 용량성 소자(116)에 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 보상 시간 측정 모듈(112)은 제1 스위칭 신호를 기초로 구동 스위칭 소자(50)의 턴-온 시점부터 측정된 보상 시간 동안 정전류(ISAW)를 용량성 소자(116)에 충전시킬 수 있다.
턴-오프 지연 모듈(114)은 제2 비교기(114-1) 및 제2 스위칭 소자(114-2)를 포함할 수 있다. 턴-오프 지연 모듈(114)은 센싱 전압(VCS)이 제2 특정 전압(VCS _ REF)에 도달한 시점부터 측정된 보상 시간만큼 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점을 지연할 수 있다. 여기에서, 보상 시간은 보상 시간 측정 모듈(112)에서 측정된 보상 시간과 동일할 수 있다. 즉, 턴-오프 지연 모듈(114)은 구동 스위칭 소자(50)가 턴-온된 후 센싱 전압(VCS)이 제1 특정 전압에 도달하는 시간만큼 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점을 지연할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 특정 전압(VCS _ REF)은 설계자에 의하여 기 설정될 수 있다.
제2 비교기(114-1)는 제2 특정 전압(VCS _ REF)을 센싱 전압(VCS)과 비교하여 용량성 소자(116)의 방전과 연관된 제2 스위칭 신호를 제2 스위칭 소자(114-2)에 제공할 수 있다. 용량성 소자(116)는 제2 스위칭 소자(114-2)가 턴-온되면 정전류(ISAW)의 충전 속도와 동일한 속도로 방전될 수 있다. 보다 구체적으로, 턴-오프 지연 모듈(114)은 제2 스위칭 신호를 기초로 센싱 전압(VCS)이 제2 특정 전압(VCS_REF)에 도달하는 시점부터 보상 시간 동안 용량성 소자(116)를 방전시킬 수 있다.
용량성 소자(116)는 보상 시간 동안 충전 또는 방전되어 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점을 지연시킬 수 있다. 일 실시예에서, 용량성 소자(116)는 커패시터로 구현될 수 있다. 용량성 소자(116)는 제1 스위칭 소자(112-2)가 턴-온되면 정전류(ISAW)에 의하여 충전될 수 있고, 제2 스위칭 소자(114-2)가 턴-온되면 충전 속도와 동일한 속도로 방전될 수 있다. 톱니파 전압(VSAW)은 용량성 소자(116)의 양단에 걸리는 전압에 해당한다. 톱니파 전압(VSAW)은 용량성 소자(116)의 충전 속도와 비례하여 증가할 수 있고, 방전 속도와 비례하여 감소할 수 있다.
스위칭 제어부(120)는 트리거 모듈(122), 펄스 폭 제어 모듈(124), 기억 소자(126) 및 게이트 드라이버(128)을 포함할 수 있다. 스위칭 제어부(120)는 지연된 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점에 GATE 핀을 통하여 구동 스위칭 소자(50)에 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다.
트리거 모듈(122)은 ZT 핀을 통해 인가된 전압(VZT)을 제4 특정 전압(VZT _ REF)과 비교할 수 있다. 트리거 모듈(122)은 구동 전류(IL)가 특정 전류 이하로 떨어지면 구동 스위칭 소자(50)를 턴-온시키도록 트리거 신호를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 특정 전류는 제로 전류에 해당할 수 있다. 구동 전류(IL)가 특정 전류 이하로 떨어지면, 구동 스위칭 소자(50)의 드레인 전압(VD)이 감소할 수 있고, 커플링 커패시터(70)는 구동 전류의 교류 성분을 통과시킬 수 있다. 즉, 트리거 모듈(122)은 ZT 핀을 통해 인가된 전압(VZT)이 제4 특정 전압(VZT _ REF)에 도달하면 트리거 신호를 제공할 수 있고, 트리거 신호는 엣지 클럭(Edge Clock)에 해당할 수 있다.
펄스 폭 제어 모듈(124)은 용량성 소자(116)의 양단에 걸리는 톱니파 전압(VSAW)을 제3 특정 전압(VREF)과 비교하여 펄스 폭 제어 신호를 생성할 수 있다. 보다 구체적으로, 펄스 폭 제어 모듈(124)은 구동 스위칭 소자(50)의 턴-온 구간에 해당하는 펄스 폭을 보상 시간만큼 증가시키도록 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점에 제공되는 펄스 폭 제어 신호를 생성할 수 있다. 펄스 폭 제어 모듈(124)은 펄스 폭 제어 신호를 기억 소자(126)에 제공할 수 있다.
기억 소자(126)는 트리거 모듈(122) 및 펄스 폭 제어 모듈(124)과 전기적으로 연결될 수 있다. 기억 소자(126)는 트리거 모듈(122) 또는 펄스 폭 제어 모듈(124)의 출력 변화 시점을 기초로 그 출력 값을 변화시킬 수 있다.
게이트 드라이버(128)는 기억 소자(126)의 출력 값을 수신하여 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다. 스위칭 제어 신호는 GATE 핀을 통하여 구동 스위칭 소자(50)에 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 게이트 드라이버(128)는 기억 소자(126)의 출력을 구동 스위칭 소자(50)의 턴-온 또는 턴-오프에 필요한 전압으로 증폭할 수 있고, 낮은 임피던스에서 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다. 게이트 드라이버(128)는 기억 소자(126)의 출력 값의 변화를 기초로 스위칭 제어 신호를 신속하게 구동 스위칭 소자(50)에 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 기억 소자(126)는 SR 래치로 구현될 수 있다. 예를 들어, 기억 소자(126)가 트리거 모듈(122)로부터 트리거 신호를 S 단자에 수신하는 경우 구동 스위칭 소자(50)를 턴-온시킬 수 있는 양의 값(하이 레벨 또는 1)을 출력할 수 있다. 한편, 기억 소자(126)가 펄스폭 제어 모듈(124)로부터 펄스 폭 제어 신호를 R 단자에 수신하는 경우 구동 스위칭 소자(50)를 턴-오프시킬 수 있는 음의 값(로우 레벨 또는 0)을 출력할 수 있다. 게이트 드라이버(128)는 기억 소자(126)의 출력 값을 기초로 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다.
톱니파 전압 초기화부(130)는 제3 비교기(131) 및 제3 스위칭 소자(132)를 포함할 수 있다. 톱니파 전압 초기화부(130)는 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점에 용량성 소자(116)의 양단에 걸리는 톱니파 전압(VSAW)을 초기화시킬 수 있다. 일 실시예에서, 제3 비교기(131)는 전압 팔로워(Voltage Follower)로 구현될 수 있다. 제3 비교기(131)는 제3 특정 전압(VREF)을 수신하여 출력 단자에 전달할 수 있다. 제3 스위칭 소자(132)는 구동 스위칭 소자(50)가 턴-오프되는 경우 턴-온될 수 있고, 톱니파 전압 초기화부(130)는 제3 특정 전압(VREF)을 톱니파 전압(VSAW)에 전달할 수 있다. 따라서, 톱니파 전압(VSAW)은 구동 스위칭 소자(50)가 턴-오프될 때마다 초기화될 수 있다.
도 3은 도 1에 있는 전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
구동 전류(IL)는 구동 스위칭 소자(50)가 턴-온되면 구동 스위칭 소자(50)를 통해 흐를 수 있고, 일정한 기울기를 가지고 증가할 수 있다. 일 실시예에서, 구동 전류(IL)의 증가 기울기는 인덕터(30)와 LED 모듈(10) 사이의 단자에 걸리는 전압과 비례하고, 인덕터(30)의 인덕턴스(L)와 반비례할 수 있다. 도 1에서, 인덕터(30)와 LED 모듈(10) 사이의 단자에는 [VIN - VOUT]의 전압이 걸릴 수 있다. 즉, 구동 전류(IL)의 증가 기울기는 [(VIN - VOUT) / L](L은 인덕턴스)에 해당할 수 있다.
한편, 구동 전류(IL)는 구동 스위칭 소자(50)가 턴-오프되면 다이오드(40)를 통해 LED 모듈(10)로 흐를 수 있다. 구동 스위칭 소자(50)가 턴-오프되면 인덕터(30)에 충전된 전류가 방전되기 때문에, 구동 전류(IL)는 일정한 기울기를 가지고 감소할 수 있다. 일 실시예에서, 구동 전류(IL)의 감소 기울기는 LED 모듈(10)의 양단에 걸리는 전압과 비례하고, 인덕터(30)의 인덕턴스(L)와 반비례할 수 있다. 도 1에서, LED 모듈(10)의 양단에는 [VOUT]의 전압이 걸릴 수 있다. 즉, 구동 전류(IL)의 감소 기울기는 [-VOUT / L] (L은 인덕턴스)에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 구동 전류(IL)가 특정 전류 이하로 떨어지면 구동 스위칭 소자(50)의 드레인 전압(VD)이 감소할 수 있고, 특정 전류는 제로 전류에 해당할 수 있다. 구동 스위칭 소자(50)의 드레인 전압(VD)이 급격히 감소하는 동안, 구동 스위칭 소자(50)의 턴-온 지연 시간(310)이 발생할 수 있다. 여기에서, 구동 스위칭 소자(50)의 턴-온 지연 시간(310)은 구동 전류(IL)가 제로 전류에 도달한 시점부터 구동 스위칭 소자(50)의 턴-온 시점까지의 시간을 의미한다. 따라서, 구동 전류(IL)는 제로 전류에 도달한 이후에도 계속 감소할 수 있고, 구동 스위칭 소자(50)의 턴-온 시점에서 최소 피크 레벨에 도달할 수 있다.
일 실시예에서, 보상 시간(320)은 턴-온 지연 시간(310)과 연관될 수 있다. 여기에서, 보상 시간(320)은 구동 전류(IL)가 최소 피크 레벨에 도달한 시점부터 제로 전류에 도달한 시점까지의 시간을 의미한다. 턴-온 지연 시간(310)이 길어지면 최소 피크 레벨이 더욱 감소하여 보상 시간(320)이 길어질 수 있다. 즉, 턴-온 지연 시간(310) 및 보상 시간(320)은 비례할 수 있다.
보상 시간 측정 모듈(112)은 센싱 전압(VCS)이 제1 특정 전압 이하로 떨어진 보상 시간(320)을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 특정 전압은 제로 전압(VZERO)에 해당할 수 있다. 제1 비교기(112-1)는 센싱 전압(VCS)을 제1 특정 전압(VZERO)과 비교하여 용량성 소자의 충전과 연관된 제1 스위칭 신호(SW1)를 제1 스위칭 소자(112-2)에 제공할 수 있다. 제1 스위칭 신호(SW1)는 보상 시간(320) 동안 양의 값(하이 레벨 또는 1)에 해당할 수 있다. 보상 시간 측정 모듈(112)은 제1 스위칭 소자(112-2)가 턴-온되면 정전류(ISAW)를 용량성 소자(116)에 제공할 수 있다. 용량성 소자(116)는 제1 스위칭 소자(112-2)가 턴-온되면 정전류(ISAW)에 의하여 충전될 수 있고, 보상 시간을 측정하기 위한 톱니파 전압(VSAW)은 보상 시간(320) 동안 일정하게 증가할 수 있다.
턴-오프 지연 모듈(114)은 센싱 전압(VCS)이 제2 특정 전압(VCS _ REF)에 도달한 시점부터 보상 시간(330)만큼 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점을 지연할 수 있다. 여기에서, 보상 시간(330)은 보상 시간 측정 모듈(112)에서 측정된 보상 시간(320)과 동일할 수 있다. 제2 비교기(114-1)는 제2 특정 전압(VCS _ REF)을 센싱 전압(VCS)과 비교하여 용량성 소자(116)의 방전과 연관된 제2 스위칭 신호(SW2)를 제2 스위칭 소자(114-2)에 제공할 수 있다. 제2 스위칭 신호(SW2)는 센싱 전압(VCS)이 제2 특정 전압(VCS _ REF)에 도달한 시점부터 보상 시간(330) 동안 양의 값(하이 레벨 또는 1)에 해당할 수 있다. 용량성 소자(116)는 제2 스위칭 소자(114-2)가 턴-온되면 톱니파 전압(VSAW)을 충전하는 정전류(ISAW)와 같은 크기의 전류에 의하여 충전 속도와 동일한 속도로 방전될 수 있다. 톱니파 전압(VSAW)의 감소 기울기의 절대값은 증가 기울기의 절대값과 동일할 수 있다.
펄스 폭 제어 모듈(124)은 용량성 소자(116)의 양단에 걸리는 톱니파 전압(VSAW)을 제3 특정 전압(VREF)과 비교하여 펄스 폭 제어 신호(PWM)를 생성할 수 있다. 즉, 용량성 소자(116)는 센싱 전압(VCS)이 제2 특정 전압(VCS _ REF)에 도달한 시점부터 방전되어 톱니파 전압(VSAW)이 감소할 수 있고, 톱니파 전압(VSAW)이 제3 특정 전압(VREF)에 도달하면 펄스 폭 제어 모듈(124)이 펄스 폭 제어 신호(PWM)를 출력할 수 있다. 펄스 폭 제어 모듈(124)은 스위칭 제어 신호(Switching Control Signal)의 펄스 폭을 보상 시간(330)만큼 증가시키도록 펄스 폭 제어 신호(PWM)를 생성하여 기억 소자(126)에 제공할 수 있다.
도 4는 도 1에 있는 전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치의 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
전류 보상부(110)는 구동 스위칭 소자(50)가 턴-온되면 구동 스위칭 소자(50)를 통과한 구동 전류를 센싱할 수 있다. 보다 구체적으로, 센싱 저항(60)은 구동 스위칭 소자(50)의 일단에 연결될 수 있고, 센싱 저항의 양단(60)에 걸리는 센싱 전압(VCS)을 CS 핀을 통해 수신할 수 있다(단계 S410).
전류 보상부(110)는 센싱 전압(VCS)이 제1 특정 전압 이하로 떨어진 보상 시간(320)을 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, 보상 시간(320)은 구동 전류(IL)가 최소 피크 레벨에 도달한 시점부터 제로 전류에 도달한 시점까지의 시간을 의미한다. 전류 보상부(110)는 구동 스위칭 소자(50)가 턴-온되면 센싱 전압(VCS)을 제1 특정 전압(VZERO)과 비교하여 보상 시간(320)을 측정할 수 있다(단계 S420).
전류 보상부(110)는 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점을 보상 시간(330)만큼 지연시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 전류 보상부(110)는 센싱 전압이 제2 특정 전압(VCS _ REF)에 도달한 시점부터 용량성 소자(116)를 방전시킬 수 있고, 스위칭 제어부(120)는 톱니파 전압(VSAW)이 제3 특정 전압(VREF)에 도달하면 구동 스위칭 소자(50)를 턴-오프 시킬 수 있는 펄스 폭 제어 신호(PWM)을 제공할 수 있다(단계 S430).
스위칭 제어부(120)는 구동 스위칭 소자(50)의 지연된 턴-오프 시점에 스위칭 제어 신호(Switching Control Signal)를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 기억 소자(116)는 펄스 폭 제어 신호(PWM)를 수신하여 구동 스위칭 소자(50)를 턴-오프 시킬 수 있는 음의 값(로우 레벨 또는 0)을 출력할 수 있다. 게이트 드라이버(128)은 기억 소자(126)의 출력 값을 기초로 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다.
따라서, 전류 보상 회로(100) 및 이를 포함하는 조명 장치는 구동 스위칭 소자의 턴-온 지연 시간으로 인한 평균 구동 전류의 감소를 방지할 수 있다. 전류 보상 회로(100)는 입력 전압 및 출력 전압의 변동에 관계없이 평균 구동 전류를 정밀하게 제어할 수 있고, 피크 전류 모드 제어 방식을 사용하여 발광 다이오드를 동작시킬 수 있다. 또한, 전류 보상 회로(100)는 구동 스위칭 소자의 턴-온 지연 시간과 연관된 보상 시간을 측정하고, 측정된 보상 시간만큼 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점을 지연할 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 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: LED 모듈 20: 출력 커패시터
30: 인덕터 40: 다이오드
50: 구동 스위칭 소자 60: 센싱 저항
70: 커플링 커패시터 80, 90: 제1 및 제2 분배 저항들
100: 전류 보상 회로
110: 전류 보상부 112: 보상 시간 측정 모듈
112-1: 제1 비교기 112-2: 제1 스위칭 소자
114: 턴-오프 지연 모듈 114-1: 제2 비교기
114-2: 제2 스위칭 소자 116: 용량성 소자
120: 스위칭 제어부 122: 트리거 모듈
124: 펄스 폭 제어 모듈 126: 기억 소자
128: 게이트 드라이버
130: 톱니파 전압 초기화부 131: 제3 비교기
132: 제3 스위칭 소자

Claims (14)

  1. 구동 스위칭 소자가 턴-온되면, 상기 구동 스위칭 소자를 통과한 구동 전류에 의하여 발생된 센싱 전압이 제1 특정 전압 이하로 떨어진 보상 시간을 측정하고, 상기 센싱 전압이 제2 특정 전압에 도달한 시점부터 상기 측정된 보상 시간만큼 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점을 지연하는 전류 보상부; 및
    상기 지연된 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부를 포함하는 전류 보상 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전류 보상부는
    상기 보상 시간 동안 충전 또는 방전되어 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점을 지연시키는 용량성 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 보상 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전류 보상부는
    상기 센싱 전압을 제1 특정 전압과 비교하여 상기 용량성 소자의 충전과 연관된 제1 스위칭 신호를 제공하는 보상 시간 측정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 보상 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전류 보상부는
    상기 제2 특정 전압을 상기 센싱 전압과 비교하여 상기 용량성 소자의 방전과 연관된 제2 스위칭 신호를 제공하는 턴-오프 지연 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 보상 회로.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 상기 용량성 소자의 양단에 걸리는 톱니파 전압을 초기화시키는 톱니파 전압 초기화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 보상 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 톱니파 전압 초기화부는
    상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 전압 팔로워(Voltage Follower)를 통해 제3 특정 전압을 상기 톱니파 전압에 전달하는 것을 특징으로 하는 전류 보상 회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전류 보상부는
    제1 스위칭 신호를 기초로 상기 구동 스위칭 소자의 턴-온 시점부터 상기 보상 시간 동안 정전류를 용량성 소자에 충전시키는 것을 특징으로 하는 전류 보상 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전류 보상부는
    제2 스위칭 신호를 기초로 상기 센싱 전압이 상기 제2 특정 전압에 도달하는 시점부터 상기 보상 시간 동안 상기 용량성 소자를 방전시키는 것을 특징으로 하는 전류 보상 회로.
  9. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는
    상기 구동 전류가 특정 전류 이하로 떨어지면 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키도록 트리거 신호를 제공하는 트리거 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 보상 회로.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는
    상기 트리거 신호를 수신하여 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 스위칭 제어 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 전류 보상 회로.
  11. 제2항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는
    상기 구동 스위칭 소자의 턴-온 구간에 해당하는 펄스 폭을 상기 보상 시간만큼 증가시키도록 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 제공되는 펄스 폭 제어 신호를 생성하는 펄스 폭 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류 보상 회로.
  12. 제11항에 있어서, 상기 펄스 폭 제어 모듈은
    상기 용량성 소자의 양단에 걸리는 톱니파 전압을 제3 특정 전압과 비교하여 상기 펄스 폭 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전류 보상 회로.
  13. 제11항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는
    상기 펄스 폭 제어 신호를 수신하여 상기 구동 스위칭 소자를 턴-오프시키는 스위칭 제어 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 전류 보상 회로.
  14. LED(Light Emitting Diode) 모듈;
    상기 LED 모듈과 직렬 연결된 인덕터;
    상기 LED 모듈 및 상기 인덕터와 직렬 연결된 구동 스위칭 소자; 및
    상기 LED 모듈을 구동시키는 구동 전류에 의하여 발생된 센싱 전압을 기초로 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점을 제어하는 전류 보상 회로를 포함하고,
    상기 전류 보상 회로는
    구동 스위칭 소자가 턴-온되면, 상기 구동 스위칭 소자를 통과한 구동 전류에 의하여 발생된 센싱 전압이 제1 특정 전압 이하로 떨어진 보상 시간을 측정하고, 상기 센싱 전압이 제2 특정 전압에 도달한 시점부터 상기 측정된 보상 시간만큼 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점을 지연하는 전류 보상부; 및
    상기 지연된 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치.

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