KR20160117659A - 트리거 회로 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

트리거 회로는 내부 전압에 따라 제1 전압을 하향 스케일하여 상기 제1 전압의 크기보다 작은 제2 전압을 출력하는 고전압 보호부, 상기 출력된 제2 전압이 특정 전압 이하로 떨어지는 것을 검출하여 스위칭 트리거 신호를 제공하는 스위칭 트리거부 및 상기 스위칭 트리거 신호를 기초로 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부를 포함한다. 따라서, 트리거 회로는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터 및 고전압 보호 소자를 사용하여 회로의 내부 소자를 고전압으로부터 보호할 수 있고, 구동 전류가 제로가 되는 시점을 검출할 수 있다.

Description

트리거 회로 및 이를 포함하는 조명 장치 {TRIGGER CIRCUIT AND LIGHT APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 트리거 회로의 구동 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집적 회로의 내부 소자를 고전압으로부터 보호하고 구동 스위칭 소자를 제어하는 트리거 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. 모스펫은 LED를 구동시키는 구동 전류가 제로가 되는 시점에서 턴-온될 수 있다. 모스펫을 제어하기 위한 회로는 LED를 구동시키는 회로보다 적은 전압을 필요로 하기 때문에, LED 조명 장치는 구동 전류가 제로가 되는 시점을 검출하기 위하여 고내압 소자를 사용할 수 있다. 즉, 외부 고내압 소자는 모스펫의 일단에 걸리는 높은 전압이 급격히 낮아지는 것을 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 하지만, 종래 기술은 고내압 소자를 사용하여 가격 경쟁력에 대한 문제가 발생하였다.
본 발명의 일 실시예는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터 및 고전압 보호 소자를 사용하여 집적 회로(IC)의 내부 소자를 고전압으로부터 보호하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 MIM 커패시터 및 고전압 보호 소자를 사용하여 구동 전류가 제로가 되는 시점을 검출하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 MIM 커패시터 및 고전압 보호 소자를 사용하여 가격 경쟁력을 향상시키고자 한다.
실시예들 중에서, 트리거 회로는 내부 전압에 따라 제1 전압을 하향 스케일하여 상기 제1 전압의 크기보다 작은 제2 전압을 출력하는 고전압 보호부, 상기 출력된 제2 전압이 특정 전압 이하로 떨어지는 것을 검출하여 스위칭 트리거 신호를 제공하는 스위칭 트리거부 및 상기 스위칭 트리거 신호를 기초로 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 고전압 보호부는 상기 스위칭 트리거부의 제1 입력단과 전기적으로 연결되고, 상기 내부 전압을 기초로 상기 제1 전압과 연관된 상기 제2 전압을 출력하는 고전압 보호 소자를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고전압 보호부는 적어도 일부가 상기 고전압 보호 소자의 상단에 형성되고, 일단을 통해 외부 전압을 수신하여 다른 일단을 통해 상기 제1 전압을 상기 고전압 보호 소자에 제공하는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 MIM 커패시터는 상기 외부 전압의 직류 성분은 차단하고, 상기 외부 전압의 교류 성분에 해당하는 상기 제1 전압을 상기 고전압 보호 소자에 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고전압 보호부는 적어도 일부가 상기 고전압 보호 소자의 상단에 형성되고, 상기 제2 전압을 분배하여 제3 전압을 생성하며, 상기 생성된 제3 전압을 상기 스위칭 트리거부의 제1 입력단에 제공하는 전압 분배 모듈을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 고전압 보호 소자는 그 상단의 일측에 상기 MIM 커패시터의 적어도 일부가 배치되고, 타측에 상기 전압 분배 모듈의 적어도 일부가 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스위칭 트리거부는 상기 제3 전압이 기준 전압 이하로 떨어지면 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키기 위한 엣지 클럭에 해당하는 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 트리거 회로는 상기 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 제어하기 위하여 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 펄스 폭 제어 신호를 제공하는 펄스 폭 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스위칭 제어부는 상기 펄스 폭 제어 신호를 기초로 상기 구동 스위칭 소자를 턴-오프시키는 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스위칭 제어부는 상기 스위칭 트리거부 또는 상기 펄스 폭 제어부의 출력 변화 시점을 기초로 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온 또는 턴-오프시키기 위한 출력 값을 제공하는 기억 소자를 포함할 수 있다.
실시예들 중에서, 발광 다이오드 조명 장치는 LED(Light Emitting Diode) 모듈, 상기 LED 모듈과 직렬 연결된 인덕터, 상기 인덕터와 직렬 연결된 구동 스위칭 소자 및 상기 LED 모듈을 구동시키는 구동 전류에 의하여 발생된 외부 전압을 하향 스케일하여, 상기 하향 스케일된 전압이 특정 전압 이하로 떨어지면 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 트리거 회로를 포함하고, 상기 트리거 회로는 내부 전압에 따라 제1 전압을 하향 스케일하여 상기 제1 전압의 크기보다 작은 제2 전압을 출력하는 고전압 보호부, 상기 출력된 제2 전압이 특정 전압 이하로 떨어지는 것을 검출하여 스위칭 트리거 신호를 제공하는 스위칭 트리거부 및 상기 스위칭 트리거 신호를 기초로 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 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 트리거 회로 및 이를 포함하는 조명 장치는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터 및 고전압 보호 소자를 사용하여 집적 회로(IC)의 내부 소자를 고전압으로부터 보호할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 트리거 회로 및 이를 포함하는 조명 장치는 MIM 커패시터 및 고전압 보호 소자를 사용하여 구동 전류가 제로가 되는 시점을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 트리거 회로 및 이를 포함하는 조명 장치는 MIM 커패시터 및 고전압 보호 소자를 사용하여 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트리거 회로 및 이를 포함하는 조명 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1에 있는 트리거 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 1에 있는 트리거 회로의 고전압 보호부를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 있는 트리거 회로 및 이를 포함하는 조명 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 5는 도 1에 있는 트리거 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 트리거 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) 및 트리거 회로(100)를 포함한다.
발광 다이오드 조명 장치는 입력 전원으로부터 입력 전압(VIN)을 공급받을 수 있다. 즉, 입력 전원은 입력 전압(VIN)의 소스(Source)에 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(VIN)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. 발광 다이오드 조명 장치는 출력 전압(VOUT) 및 구동 전류(IL)를 제어하여 LED 모듈(10)의 밝기를 조절할 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. 즉, 출력 전압(VOUT)은 출력 커패시터(20)의 양단에 걸리는 전압에 해당할 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 트리거 회로(100) 사이에 배치될 수 있다. 구동 스위칭 소자(50)는 트리거 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. 따라서, 발광 다이오드 조명 장치는 스위칭 제어 신호를 통해 출력 전압(VOUT) 및 구동 전류(IL)를 제어할 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)에 의하여 충전될 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.
센싱 저항(60)은 구동 스위칭 소자(50) 및 트리거 회로(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 센싱 저항(60)의 양단에 걸리는 전압(VCS)은 CS 핀을 통해 트리거 회로(100)에 인가될 수 있다. 즉, 센싱 저항(60)은 구동 스위칭 소자(50)를 통과한 구동 전류(IL)를 센싱하기 위하여 구동 스위칭 소자(50)의 일단에 연결될 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 트리거 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 트리거 회로(100)는 고전압 보호부(110), 스위칭 트리거부(120), 펄스 폭 제어부(130) 및 스위칭 제어부(140)를 포함한다.
고전압 보호부(110)는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터(112), 고전압 보호 소자(114) 및 전압 분배 모듈(116)을 포함할 수 있다. 고전압 보호부(110)는 내부 전압에 따라 제1 전압(VJD)을 하향 스케일하여 제1 전압(VJD)의 크기보다 작은 제2 전압(VJS)을 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, MIM 커패시터(112)는 ZT 핀을 통해 외부 전압(VEX)을 수신할 수 있다. 여기에서, 외부 전압(VEX)은 구동 스위칭 소자(50)의 일단에 걸리는 전압(VD)과 연관될 수 있다.
MIM 커패시터(112)는 적어도 일부가 고전압 보호 소자(114)의 상단에 형성되고, 일단을 통해 외부 전압을 수신하여 다른 일단을 통해 제1 전압(VJD)을 고전압 보호 소자(114)에 제공할 수 있다. MIM 커패시터(112)는 외부 전압(VEX)의 직류 성분은 차단하고, 외부 전압(VEX)의 교류 성분에 해당하는 제1 전압(VJD)을 고전압 보호 소자(114)에 제공할 수 있다.
고전압 보호 소자(114)는 스위칭 트리거부(120)의 제1 입력단과 전기적으로 연결되고, 내부 전압을 기초로 제1 전압(VJD)과 연관된 제2 전압(VJS)을 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 고전압 보호 소자(114)는 JFET(Junction Field Effect Transistors)으로 구현될 수 있다. JFET은 임피던스 및 포화 전압이 낮고, 고속 동작에서 전도 손실이 작으며, 누설 전류가 작다. 또한, JFET은 게이트 산화물이 없어 열적 특성이 우수한 특성을 가진다. 다른 일 실시예에서, 고전압 보호 소자(114)는 LDMOS(Lateral Double diffused MOS)로 구현될 수 있다. LDMOS는 빠른 스위칭 응답 특성 및 높은 입력 임피던스를 가진다. LDMOS는 과전압 및 과전류로부터 트리거 회로(100)의 구성 요소들을 보호할 수 있다. 또 다른 일 실시예에서, 고전압 보호 소자(114)는 HV MOSFET(High-Voltage MOSFET)으로 구현될 수 있다. HV MOSFET은 일반 MOSFET 보다 고내압 특성이 뛰어나기 때문에, 트리거 회로(100)의 구성 요소들을 보호할 수 있다.
전압 분배 모듈(116)은 제1 및 제2 분배 저항들(116a, 116b)을 포함할 수 있다. 전압 분배 모듈(116)은 적어도 일부가 고전압 보호 소자의 상단에 형성되고, 제2 전압(VJS)을 분배하여 제3 전압(VZT)을 생성하며, 생성된 제3 전압(VZT)을 스위칭 트리거부(120)의 제1 입력단에 제공할 수 있다. 전압 분배 모듈(116)은 MIM 커패시터(112) 및 고전압 보호 소자(114)와 직렬 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 전압 분배 모듈(116)은 MIM 커패시터(112) 및 고전압 보호 소자(114)를 통과한 교류 성분의 전압을 분배할 수 있다. 제3 전압(VZT)은 제1 및 제2 분배 저항들(116a, 116b)의 저항 값의 비율을 통해 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 분배 저항들(116a, 116b)의 저항 값의 비율이 9:1에 해당하는 경우, 제3 전압(VZT)은 제2 전압(VJS)의 1/10에 해당할 수 있다. 제1 및 제2 분배 저항들(116a, 116b)의 저항 값의 비율은 입력 전압(VIN)의 크기, MIM 커패시터(112) 및 고전압 보호 소자(114)의 특성에 따라 기 설정될 수 있다. 트리거 회로(100)는 입력 전원으로부터 수신하는 입력 전압(VIN)보다 상당히 낮은 전압에 의해 동작하기 때문에, 제1 및 제2 분배 저항들(116a, 116b)은 트리거 회로(100)의 과부하를 방지할 수 있다.
스위칭 트리거부(120)는 제2 전압(VJS)이 특정 전압(VJS _ REF) 이하로 떨어지는 것을 검출하여 스위칭 트리거 신호(Switching Trigger Signal)를 제공할 수 있다. 여기에서, 특정 전압(VJS _ REF)은 설계자에 의하여 기 설정될 수 있다. 또한, 스위칭 트리거부(120)는 제3 전압(VZT)이 기준 전압(VREF) 이하로 떨어지면 구동 스위칭 소자(50)를 턴-온시키기 위한 엣지 클럭(Edge Clock)에 해당하는 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있다. 여기에서, 제2 전압(VJS)이 특정 전압(VJS _ REF) 이하로 떨어지면, 제3 전압(VZT)은 기준 전압(VREF) 이하로 떨어질 수 있다. 따라서, 제3 전압(VZT) 및 기준 전압(VREF)은 제2 전압(VJS)이 특정 전압(VJS _ REF) 이하로 떨어지는 것을 검출하기 위하여 설계될 수 있다. 또한, 기준 전압(VREF)의 레벨은 특정 전압(VJS _ REF)이 저항 분배 모듈(116)을 통해 분배된 전압 레벨과 동일할 수 있다. 발광 다이오드 조명 장치는 기준 전압(VREF)을 기초로 구동 전류(IL)의 감소를 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 스위칭 트리거부(120)는 제3 전압(VZT)을 기준 전압(VREF)과 비교할 수 있다. 스위칭 트리거부(120)은 구동 전류(IL)가 특정 전류에 도달하면 구동 스위칭 소자(50)를 턴-온시키기 위한 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 특정 전류는 제로 전류에 해당할 수 있다. 구동 전류(IL)가 제로 전류 이하로 떨어지면, 구동 스위칭 소자(50)의 드레인 전압(VD)이 감소할 수 있고, MIM 커패시터(112)는 구동 전류(IL)의 교류 성분을 통과시킬 수 있다. 즉, 스위칭 트리거부(120)은 제3 전압(VZT)이 기준 전압(VREF)에 도달하면 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있고, 스위칭 트리거 신호는 1회의 임펄스 신호에 해당할 수 있다.
펄스 폭 제어부(130)는 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 제어하기 위하여 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점에 펄스 폭 제어 신호를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 구동 스위칭 소자(50)가 턴-온되면, 펄스 폭 제어부(130)는 구동 스위칭 소자(50)를 통과한 구동 전류(IL)에 의하여 발생된 센싱 전압(VCS)을 CS 핀을 통해 수신할 수 있다. 펄스 폭 제어부(130)는 센싱 전압(VCS)을 기초로 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점에 펄스 폭 제어 신호를 제공할 수 있다. 일반적으로 구동 스위칭 소자(50)는 전압 모드 펄스폭 변조(Voltage Mode PWM) 제어 방식 또는 전류 모드 펄스폭 변조(Current Mode PWM) 제어 방식에 의하여 턴-오프될 수 있다.
스위칭 제어부(140)는 기억 소자(142) 및 게이트 드라이버(144)를 포함할 수 있다. 스위칭 제어부(140)는 구동 스위칭 소자(50)의 턴-온 또는 턴-오프 시점에 GATE 핀을 통하여 구동 스위칭 소자(50)에 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다. 스위칭 제어부(140)는 스위칭 트리거 신호를 기초로 구동 스위칭 소자(50)를 턴-온시키는 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다. 또한, 스위칭 제어부(140)는 펄스 폭 제어 신호를 기초로 구동 스위칭 소자(50)를 턴-오프시키는 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다.
기억 소자(142)는 스위칭 트리거부(120) 및 펄스 폭 제어부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 기억 소자(142)는 스위칭 트리거부(120) 또는 펄스 폭 제어부(130)의 출력 변화 시점을 기초로 구동 스위칭 소자를 턴-온 또는 턴-오프시키기 위한 출력 값을 제공할 수 있다.
게이트 드라이버(144)는 기억 소자(142)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(144)는 기억 소자(142)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(144)는 기억 소자(142)의 출력 값의 변화를 기초로 스위칭 제어 신호를 구동 스위칭 소자(50)에 신속하게 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 기억 소자(142)는 SR 래치로 구현될 수 있다. 예를 들어, 기억 소자(142)가 스위칭 트리거부(120)로부터 스위칭 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(142)가 펄스 폭 제어부(130)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. 즉, 게이트 드라이버(144)는 기억 소자(142)의 출력 값을 기초로 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다.
도 3은 도 1에 있는 트리거 회로의 고전압 보호부를 나타내는 도면이다.
MIM 커패시터(112)는 그 상단에 배치된 ZT 패드를 통해 ZT 핀과 전기적으로 연결될 수 있다. MIM 커패시터(112)는 상부 및 하부 전극으로 금속을 사용하기 때문에, 커패시터의 임피던스를 감소시킬 수 있다. 또한, MIM 커패시터(112)는 상하부의 금속판들 사이에 절연층을 포함하고 있으므로, 내부 공핍에 의한 기생 커패시턴스(Parasitic Capacitance)가 발생하지 않고 높은 용량의 커패시턴스를 구현할 수 있다. 따라서, 트리거 회로(100)는 MIM 커패시터(112)를 사용하여 구동 스위칭 소자(50)의 스위칭을 신속하게 수행할 수 있고, RC 지연에 의한 소자 특성 변화를 최소화할 수 있다.
고전압 보호 소자(114)는 그 상단의 일측에 MIM 커패시터(112)의 적어도 일부가 배치되고, 타측에 전압 분배 모듈(116)의 적어도 일부가 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 고전압 보호 소자(114)는 JFET(Junction Field Effect Transistors)으로 구현될 수 있다. 고전압 보호 소자(114)가 JFET으로 구현되는 경우, MIM 커패시터(112)의 적어도 일부는 JFET의 드레인 단자의 상단에 배치될 수 있고, JFET 및 MIM 커패시터(112)는 비아(Via)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제1 분배 저항(116a)의 적어도 일부는 JFET의 소스 단자의 상단에 배치될 수 있고, JFET 및 전압 분배 모듈(116)은 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 및 제2 분배 저항들(116a, 116b)은 그 상단에 각각 배치된 비아(Via)를 통해 금속층(310)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 분배 저항들(116a, 116b)은 그 상단의 일측에 금속층(310)의 적어도 일부가 각각 배치될 수 있다. 금속층(310)은 스위칭 트리거부(120)와 연결될 수 있다. 즉, 전압 분배 모듈(116)은 제2 전압(VJS)을 분배하여 제3 전압(VZT)을 생성할 수 있고, 제3 전압(VZT)은 금속층(310)을 통해 스위칭 트리거부(120)에 제공될 수 있다.
제2 분배 저항(116b)은 그 상단의 일측에 배치된 GND 패드를 통해 GND 핀과 연결될 수 있다. 제2 분배 저항(116b) 및 GND 패드는 그 사이에 적어도 하나의 금속층을 포함할 수 있다. 즉, 제2 분배 저항(116b)은 그 상단의 일측에 스위칭 트리거부(120)와 연결된 금속층(310)의 적어도 일부가 배치되고, 타측에 GND 패드의 적어도 일부가 배치될 수 있다.
도 4는 도 1에 있는 트리거 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. 구동 스위칭 소자(50)가 턴-온되는 시점에서, [VIN - VOUT]의 전압이 인덕터(30)와 LED 모듈(10) 사이의 단자에 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. 즉, 구동 전류(IL)는 다이오드(40)의 양단에 걸리는 전압(VDIODE)에 의하여 다이오드(40)를 통해 LED 모듈로 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, [VOUT]의 전압이 LED 모듈(10)의 양단에 걸릴 수 있다. 즉, 구동 전류(IL)의 감소 기울기는 [-VOUT / L] (L은 인덕턴스)에 해당할 수 있다. 보다 구체적으로, 구동 전류(IL)가 제로에 도달하면 인덕터(30)의 양단에 걸리는 전압이 제로가 될 수 있다. 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, 드레인 전압(VD)은 구동 스위칭 소자(50)가 턴-오프되면 [VIN + VDIODE]의 일정한 전압을 유지할 수 있고, 구동 전류(IL)가 특정 전류(또는 제로 전류) 이하로 떨어지면 드레인 전압(VD)이 급격하게 감소할 수 있다. 드레인 전압(VD)이 급격하게 감소하여 드레인 전압(VD)과 인덕터(30)와 LED 모듈(10) 사이의 단자에 걸리는 전압(VIN - VOUT)이 동일해지면(VD = VIN - VOUT), 구동 스위칭 소자(50)는 턴-온될 수 있고 구동 전류(IL)는 일정한 기울기를 가지고 증가할 수 있다.
스위칭 트리거부(120)는 제3 전압(VZT) 및 기준 전압(VREF)을 비교하여 스위칭 트리거 신호(Switching Trigger Signal)를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 구동 전류(IL)가 특정 전류(또는 제로 전류) 이하로 떨어지면 제3 전압(VZT)은 급격히 감소할 수 있고, 제3 전압(VZT)이 기준 전압(VREF)에 도달하면 스위칭 트리거부(120)는 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있다. 여기에서, 스위칭 트리거 신호는 구동 스위칭 소자(50)를 턴-온시키기 위한 엣지 클럭(Edge Clock)에 해당할 수 있다.
한편, 제3 전압(VZT)은 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점에서 순간적으로 증가하여 핀치 레벨(Pinch Level)에 도달할 수 있다. 제3 전압(VZT)이 핀치 레벨에 도달하면, 제3 전압(VZT)은 고전압 보호부(110)의 소자 특성에 의하여 완만하게 감소할 수 있다.
도 5는 도 1에 있는 트리거 회로 및 이를 포함하는 조명 장치의 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
고전압 보호부(110)는 내부 전압에 따라 제1 전압(VJD)을 하향 스케일하여 제1 전압(VJD)의 크기보다 작은 제2 전압(VJS)을 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, MIM 커패시터(112)는 ZT 핀을 통해 외부 전압(VEX)을 수신할 수 있다. 여기에서, 외부 전압(VEX)은 구동 스위칭 소자(50)의 일단에 걸리는 전압(VD)과 연관될 수 있다. MIM 커패시터(112)는 수신된 외부 전압(VEX)을 기초로 제1 전압(VJD)을 고전압 보호 소자(114)에 제공할 수 있다. 고전압 보호 소자(114)는 내부 전압을 기초로 제1 전압(VJD)과 연관된 제2 전압(VJS)을 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 고전압 보호 소자(114)는 JFET(Junction Field Effect Transistors), LDMOS(Lateral Double diffused MOS) 또는 HV MOSFET(High-Voltage MOSFET)으로 구현될 수 있다. 전압 분배 모듈(116)은 제2 전압(VJS)을 분배하여 제3 전압(VZT)을 생성하며, 제3 전압(VZT)을 스위칭 트리거부(120)의 제1 입력단에 제공할 수 있다(단계 S510).
스위칭 트리거부(120)는 출력된 제2 전압(VJS)이 특정 전압(VJS _ REF) 이하로 떨어지는 것을 검출하여 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 스위칭 트리거부(120)는 제3 전압(VZT)이 기준 전압(VREF) 이하로 떨어지면 구동 스위칭 소자(50)를 턴-온시키기 위한 엣지 클럭(Edge Clock)에 해당하는 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있다. 여기에서, 제2 전압(VJS)이 특정 전압(VJS _ REF) 이하로 떨어지면, 제3 전압(VZT)은 기준 전압(VREF) 이하로 떨어질 수 있다. 따라서, 제3 전압(VZT) 및 기준 전압(VREF)은 제2 전압(VJS)이 특정 전압(VJS _ REF) 이하로 떨어지는 것을 검출하기 위하여 설계될 수 있다. 또한, 기준 전압(VREF)의 레벨은 특정 전압(VJS_REF)이 저항 분배 모듈(116)을 통해 분배된 전압 레벨과 동일할 수 있다(단계 S520).
펄스 폭 제어부(130)는 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 제어하기 위하여 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점에 펄스 폭 제어 신호를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 구동 스위칭 소자(50)가 턴-온되면, 펄스 폭 제어부(130)는 구동 스위칭 소자(50)를 통과한 구동 전류(IL)에 의하여 발생된 센싱 전압(VCS)을 CS 핀을 통해 수신할 수 있다. 펄스 폭 제어부(130)는 센싱 전압(VCS)을 기초로 구동 스위칭 소자(50)의 턴-오프 시점에 펄스 폭 제어 신호를 제공할 수 있다.
스위칭 제어부(140)는 구동 스위칭 소자(50)의 턴-온 또는 턴-오프 시점에 GATE 핀을 통하여 구동 스위칭 소자(50)에 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다. 스위칭 제어부(140)는 스위칭 트리거 신호를 기초로 구동 스위칭 소자(50)를 턴-온시키는 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다. 또한, 스위칭 제어부(140)는 펄스 폭 제어 신호를 기초로 구동 스위칭 소자(50)를 턴-오프시키는 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다(단계 S530).
따라서, 트리거 회로(100) 및 이를 포함하는 조명 장치는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터 및 고전압 보호 소자를 사용하여 회로의 내부 소자를 고전압으로부터 보호할 수 있다. 트리거 회로(100)는 MIM 커패시터 및 고전압 보호 소자를 사용하여 구동 전류가 제로가 되는 시점을 검출할 수 있고, 가격 경쟁력을 향상시킬 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
100: 트리거 회로
110: 고전압 보호부 112: MIM 커패시터
114: 고전압 보호 소자 116: 전압 분배 모듈
120: 스위칭 트리거부 130: 펄스 폭 제어부
140: 스위칭 제어부 142: 기억 소자
144: 게이트 드라이버
310: 금속층

Claims (11)

  1. 내부 전압에 따라 제1 전압을 하향 스케일하여 상기 제1 전압의 크기보다 작은 제2 전압을 출력하는 고전압 보호부;
    상기 출력된 제2 전압이 특정 전압 이하로 떨어지는 것을 검출하여 스위칭 트리거 신호를 제공하는 스위칭 트리거부; 및
    상기 스위칭 트리거 신호를 기초로 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부를 포함하는 트리거 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고전압 보호부는
    상기 스위칭 트리거부의 제1 입력단과 전기적으로 연결되고, 상기 내부 전압을 기초로 상기 제1 전압과 연관된 상기 제2 전압을 출력하는 고전압 보호 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 고전압 보호부는
    적어도 일부가 상기 고전압 보호 소자의 상단에 형성되고, 일단을 통해 외부 전압을 수신하여 다른 일단을 통해 상기 제1 전압을 상기 고전압 보호 소자에 제공하는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 MIM 커패시터는
    상기 외부 전압의 직류 성분은 차단하고, 상기 외부 전압의 교류 성분에 해당하는 상기 제1 전압을 상기 고전압 보호 소자에 제공하는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
  5. 제3항에 있어서, 상기 고전압 보호부는
    적어도 일부가 상기 고전압 보호 소자의 상단에 형성되고, 상기 제2 전압을 분배하여 제3 전압을 생성하며, 상기 생성된 제3 전압을 상기 스위칭 트리거부의 제1 입력단에 제공하는 전압 분배 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 고전압 보호 소자는
    그 상단의 일측에 상기 MIM 커패시터의 적어도 일부가 배치되고, 타측에 상기 전압 분배 모듈의 적어도 일부가 배치되는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
  7. 제5항에 있어서, 상기 스위칭 트리거부는
    상기 제3 전압이 기준 전압 이하로 떨어지면 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키기 위한 엣지 클럭에 해당하는 스위칭 트리거 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 제어하기 위하여 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 펄스 폭 제어 신호를 제공하는 펄스 폭 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는
    상기 펄스 폭 제어 신호를 기초로 상기 구동 스위칭 소자를 턴-오프시키는 스위칭 제어 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
  10. 제8항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는
    상기 스위칭 트리거부 또는 상기 펄스 폭 제어부의 출력 변화 시점을 기초로 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온 또는 턴-오프시키기 위한 출력 값을 제공하는 기억 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 트리거 회로.
  11. LED(Light Emitting Diode) 모듈;
    상기 LED 모듈과 직렬 연결된 인덕터;
    상기 인덕터와 직렬 연결된 구동 스위칭 소자; 및
    상기 LED 모듈을 구동시키는 구동 전류에 의하여 발생된 외부 전압을 하향 스케일하여, 상기 하향 스케일된 전압이 특정 전압 이하로 떨어지면 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 트리거 회로를 포함하고,
    상기 트리거 회로는
    내부 전압에 따라 제1 전압을 하향 스케일하여 상기 제1 전압의 크기보다 작은 제2 전압을 출력하는 고전압 보호부;
    상기 출력된 제2 전압이 특정 전압 이하로 떨어지는 것을 검출하여 스위칭 트리거 신호를 제공하는 스위칭 트리거부; 및
    상기 스위칭 트리거 신호를 기초로 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 스위칭 제어 신호를 제공하는 스위칭 제어부를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치.

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