KR20160122408A - 스위칭 전원 장치 및 그 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘이디의 평균전류를 목표한 평균전류로 정확히 레귤레이션할 수 있는 스위칭 전원 장치 및 그 제어 장치를 개시한다. 상기 스위칭 전원 장치는, 엘이디 전류를 레귤레이션하기 위한 스위치; 및 상기 스위치의 드레인 소스 전압, 상기 엘이디 전류에 대응하는 모니터링 전압 및 목표한 평균전류에 대응하는 목표전압을 이용하여 상기 스위치의 턴오프에 이용되는 기준전압을 가변하고, 상기 기준전압을 이용하여 상기 스위치를 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

스위칭 전원 장치 및 그 제어 장치{SWITCHING POWER SUPPLY DEVICE AND CONTROL DEVICE THEREOF}
본 발명은 스위칭 전원 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 목표한 평균전류로 정확히 레귤레이션하는 스위칭 전원 장치 및 그 제어 장치에 관한 것이다.
스위칭 전원 장치는 인덕터 및 스위치를 포함하며, 스위치의 스위칭 동작으로 인덕터 전류를 레귤레이션한다. 일례로, 엘이디(LED)를 광원으로 이용하는 스위칭 전원 장치는 임계 전도 모드(CRM:Critical Conduction Mode) 벅 엘이디 드라이버(Buck LED Driver)로 구성될 수 있다.
상기한 CRM에 의한 스위칭 전원 장치는 인덕터 전류를 레귤레이션하기 위해 스위치를 반복적으로 턴온 및 턴오프한다. 스위치의 드레인 소스 전압은 스위치가 턴오프되면 엘이디 전류가 영(Zero) 전류에 도달한 시점부터 인덕터 및 스위치의 기생 캐패시터에 의해 유사 공진(Quasi Resonance)하는 특성을 갖는다.
그런데, 상기와 같은 종래 기술의 스위칭 전원 장치는 스위치의 드레인 소스 전압이 유사 공진하는 동안 엘이디 전류가 영(Zero)이 되는 영 전류 구간(Zero current period)을 갖는다. 따라서, 종래 기술의 스위칭 전원 장치는 영 전류 구간으로 인해 엘이디의 평균전류가 목표한 평균전류보다 낮아지는 전류에러를 발생할 수 있고, 엘이디의 평균전류를 목표한 평균전류로 정확히 레귤레이션하지 못하는 문제점을 갖는다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 엘이디의 평균전류를 목표한 평균전류로 정확히 레귤레이션하는 스위칭 전원 장치 및 그 제어 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 엘이디 전류의 영 전류 구간에 의해 발생하는 전류에러를 보상할 수 있는 스위칭 전원 장치 및 그 제어 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 스위칭 전원 장치는, 엘이디 전류를 레귤레이션하기 위한 스위치; 및 상기 스위치의 드레인 소스 전압, 상기 엘이디 전류에 대응하는 모니터링 전압 및 목표한 평균전류에 대응하는 목표전압을 이용하여 상기 스위치의 턴오프에 이용되는 기준전압을 가변하고, 상기 기준전압을 이용하여 상기 스위치를 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 발명의 스위칭 전원 장치의 제어 장치는, 엘이디 전류를 레귤레이션하기 위한 스위치를 포함하는 스위칭 전원 장치의 제어 장치에 있어서, 제1시간 동안의 엘이디의 평균전류에 대응하는 제1적분값을 연산하고, 제2시간 동안의 목표한 평균전류에 대응하는 제2적분값을 연산하며, 상기 제1적분값과 상기 제2적분값의 비교 결과에 대응하여 비트신호를 제공하는 제어 로직부; 상기 비트신호에 대응하여 기준전압을 생성하고 제공하는 기준전압 생성부; 및 상기 기준전압과 상기 엘이디 전류에 대응하는 모니터링 전압을 비교하고, 상기 스위치의 리셋을 위한 비교신호를 제공하는 비교부;를 포함한다.
본 발명의 스위칭 전원 장치의 제어 장치는, 엘이디 전류를 레귤레이션하기 위한 스위치를 포함하는 스위칭 전원 장치의 제어 장치에 있어서, 상기 스위치의 드레인 소스 전압에 대응하여 유사 공진이 시작되는 니 포인트(Knee Point) 및 레벨이 접지전압에 근접하는 바텀 포인트(Bottom Point)를 검출하고, 상기 니 포인트에 대응하는 니신호 및 상기 바텀 포인트에 대응하는 바텀신호를 제공하는 포인트 검출부; 상기 엘이디 전류에 대응하는 모니터링 전압을 통해서 상기 피크전류를 검출하고 제공하는 피크전류 검출부; 상기 모니터링 전압과 상기 스위치의 턴오프에 이용되는 기준전압을 비교하고 비교신호를 제공하는 비교부; 및 목표한 평균전류에 대응하는 목표전압 및 클럭신호를 수신하고, 상기 바텀신호에 대응하여 상기 스위치의 턴온을 위한 셋신호를 생성하며, 상기 비교신호에 대응하여 상기 스위치의 턴오프를 위한 리셋신호를 생성하고, 상기 피크전류, 상기 바텀신호, 상기 니신호, 및 상기 목표전압에 대응하여 가변되는 상기 기준전압을 생성하며, 상기 기준전압을 상기 비교부에 제공하는 제어회로;를 포함한다.
본 발명은 엘이디 전류에 대응하는 모니터링 전압 및 목표한 평균전류에 대응하는 목표전압을 이용하여 스위치의 턴오프에 이용되는 기준전압을 가변하고, 가변된 기준전압을 통해서 스위치의 턴오프를 제어하므로 엘이디 전류의 영 전류 구간에 의한 에러전류를 보상할 수 있다.
본 발명은 엘이디의 평균전류에 대응하는 제1적분값과 목표한 평균전류에 대응하는 제2적분값을 연산하고, 제1적분값 및 제2적분값의 비교 결과에 대응하여 스위치의 턴오프에 이용되는 기준전압을 가변하며, 가변된 기준전압을 통해서 스위치의 턴오프를 제어하므로 평균전류를 목표한 평균전류로 정확히 레귤레이션할 수 있다.
도 1은 스위칭 전원 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 3은 도 1의 전류에러를 설명하기 위한 파형도이다.
도 4는 본 발명의 스위칭 전원 장치 및 그 제어 장치를 설명하기 위한 파형도이다.
도 5는 도 4의 제1적분값 및 제2적분값 연산을 설명하기 위한 파형도이다.
도 6은 도 5의 제1적분값과 제2적분값의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 스위칭 전원 장치의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 도 7의 제어회로의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9는 도 8의 제어 로직부의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
도 1은 스위칭 전원 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 스위칭 전원 장치는 스위치(SW) 및 제어부(10)를 포함한다. 제어부(10)는 스위치(SW)의 스위칭 동작으로 인덕터(L) 및 엘이디(LED)의 전류를 레귤레이션한다.
이러한 제어부(10)는 바텀 검출부(11), 스위치 구동부(12) 및 비교부(13)를 포함한다.
바텀 검출부(11)는 스위치(SW)의 드레인 소스 전압(VDS)을 수신하고, 드레인 소스 전압(VDS)의 바텀(Bottom)이 검출되면 셋신호(SET)를 생성하며, 셋신호(SET)를 스위치 구동부(12)에 제공한다.
비교부(13)는 엘이디 전류(ILED)에 대응하는 모니터링 전압(VCS)을 수신하고, 모니터링 전압(VCS)이 기준전압(VREF)에 도달하면 리셋신호(RESET)를 생성하며, 리셋신호(RESET)를 스위치 구동부(12)에 제공한다.
스위치 구동부(12)는 바텀 검출부(11)로부터 셋신호(SET)가 수신되면 스위치(SW)를 턴온하고, 비교부(13)로부터 리셋신호(RESET)가 수신되면 스위치를 턴오프한다.
상기와 같이 구성된 제어부(10)는 전원 손실을 최소화하기 위하여 스위치(SW)의 드레인 소스 전압(VDS)이 유사 공진 이후 접지전압에 근접하는 바텀 포인트(Bottom point)에 스위치(SW)를 턴온하고, 엘이디 전류(ILED)에 대응하는 모니터링 전압(VCS)이 기준전압(VREF)에 도달하면 스위치(SW)를 턴오프한다. 도 2의 IPEAK는 스위치(SW)의 턴오프에 이용되는 도 1의 기준전압(VREF)에 대응하는 피크전류이다.
엘이디 전류(ILED)가 피크전류(IPEAK)에 도달하면 스위치(SW)는 턴오프되고, 스위치(SW)의 드레인 소스 전압(VDS)은 인덕터(L) 및 스위치(SW)의 기생 캐패시터에 의해 엘이디 전류(ILED)가 영(Zero) 전류에 도달하는 시점부터 스위치(SW)가 턴온될 때까지 유사 공진(quasi-resonance)한다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 바텀 검출부(11)는 드레인 소스 전압(VDS)의 바텀(Bottom)이 검출되면 셋신호(SET)를 생성하고, 스위치 구동부(12)는 셋신호(SET)에 대응하여 스위치(SW)를 턴온한다. 그리고, 비교부(13)는 엘이디 전류(ILED)에 대응하는 모니터링 전압(VCS)이 기준전압(VREF)에 도달하면 리셋신호(RESET)를 생성하고, 스위치 구동부(12)는 리셋신호(RESET)에 대응하여 스위치(SW)를 턴오프한다.
상기와 같은 스위칭 동작에 의해 엘이디 전류(ILED)는 드레인 소스 전압(VDS)이 유사 공진하는 시점부터 스위치(SW)의 턴온 시점까지 엘이디 전류(ILED)가 영(Zero)인 영 전류 구간(Zero current period)을 갖는다. 도 3의 IPEAK는 도 1의 스위치(SW)의 턴오프에 이용되는 기준전압(VREF)에 대응하는 피크전류이고, IREF는 엘디디 전류(ILED)를 레귤레이션하고자 하는 목표한 평균전류이며, IAVG는 도 1의 엘이디(LED)에 흐르는 평균전류이다.
영 전류 구간은 엘이디의 평균전류(IAVG)가 목표한 평균전류(IREF)보다 낮아지는 전류에러(current error)의 원인이 된다. 따라서, 본 발명은 엘이디 전류(ILED)의 영 전류 구간에 의한 전류에러를 보상할 수 있는 스위칭 전원 장치 및 그 제어 장치를 제공하고자 한다.
도 4는 본 발명의 스위칭 전원 장치 및 그 제어 장치를 설명하기 위한 파형도이다.
도 4를 참고하면, 제1피크전류(IPEAK1)는 제2피크전류(IPEAK2)보다 작고, 제2피크전류(IPEAK2)는 제3피크전류(IPEAK3)보다 작은 관계를 가지며, S1은 엘이디 전류(ILED)의 평균전류(IAVG)에 대응하는 적분값이고, S2는 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 적분값이다.
도 4의 (a)는 엘이디의 평균전류(IAVG1)가 목표한 평균전류(IREF)보다 낮은 경우 적분값(S1)이 적분값(S2)보다 작아짐을 나타내고, 도 4의 (b)는 엘이디의 평균전류(IAVG2)가 목표한 평균전류(IREF)와 동일한 경우 적분값(S1)이 적분값(S2)과 동일함을 나타내며, 도 4의 (c)는 엘이디의 평균전류(IAVG3)가 목표한 평균전류(IREF)보다 높은 경우 적분값(S1)이 적분값(S2)보다 커짐을 나타낸다. 이와 같이 엘이디의 평균전류(IAVG1,IAVG2,IAVG3)는 피크전류(IPEAK1, IPEAK2, IPEAK3)에 비례하고, 엘이디의 평균전류(IAVG1,IAVG2,IAVG3)에 대응하는 적분값(S1) 또한 피크전류(IPEAK1, IPEAK2, IPEAK3)에 비례하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 피크전류(IPEAK)와 적분값(S1)의 관계를 이용하여 매 주기마다 엘이디 전류(ILED)의 평균전류(IAVG)에 대응하는 적분값(S1)과 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 적분값(S2)의 비교를 통해서 현재 주기에서 엘이디의 평균전류(IAVG)가 목표한 평균전류(IREF)로 레귤레이션되는지를 판단할 수 있고, 매주기마다 최적의(Optimum) 피크전류(IPEAK)를 설정해 주면 전류에러를 보상할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 평균전류(IAVG)에 대응하는 적분값(S1)은 피크전류(IPEAK) 및 시간(T1)을 통해서 연산할 수 있고, 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 적분값(S2)은 목표한 평균전류(IREF)와 시간(T2)을 통해서 연산할 수 있다. 시간(T1)은 스위치(SW)의 턴온 시점부터 스위치(SW)의 턴오프에 의해 엘이디 전류(ILED)가 영(zero) 전류에 도달할 때까지의 시간이고, 시간(T2)은 스위치(SW)의 턴온 시점부터 다음 주기의 턴온 시점까지의 시간이다. 시간(T1)은 영 전류 구간이 제외된 엘이디 전류(ILED)의 제공시간으로 정의될 수 있고, 시간(T2)은 영 전류 구간을 포함하는 스위치(SW)의 스위칭 주기로 정의될 수 있다.
적분값(S1,S2)은 아래의 <수학식 1> 및 <수학식 2>와 같이 정의될 수 있다. 도 6의 (a)를 참고하면 <수학식 1> 및 <수학식 2>의 slopeon, slopeoff는 스위치의 턴온, 턴오프시의 엘이디 전류(ILED)의 기울기를 나타낸다.
Figure pat00001
Figure pat00002
<수학식 1> 및 <수학식 2>는 평균전류(IAVG)에 대응하는 적분값(S1)이 피크전류(IPEAK)의 제곱에 비례하고, 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 적분값(S2)이 피크전류(IPEAK)에 비례함을 나타낸다. 도 6의 (b)는 적분값(S1,S2)이 같아지는 최적의(Optimum) 피크전류(IPEAK)가 있음을 나타낸다. 본 발명은 엘이디 전류(ILED)의 피크전류(IPEAK)를 모니터링하고 스위치(SW)의 턴오프에 이용되는 기준전압(VREF)을 최적의 피크전류(IPEAK)에 대응하여 설정하고 스위치(SW)의 턴오프를 제어함으로써 엘이디의 평균전류(IAVG)를 목표한 평균전류(IREF)로 정확히 레귤레이션하고자 한다.
도 7은 본 발명의 스위칭 전원 장치의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 스위칭 전원 장치는 스위치(SW) 및 제어부(10)를 포함한다.
스위치(SW)는 제어부(10)의 게이트신호(GATE)에 대응하여 스위칭되고, 스위칭 동작에 의해 인덕터(L) 및 엘이디(LED)의 전류를 레귤레이션한다.
제어부(10)는 엘이디 전류(ILED)에 대응하는 모니터링 전압(VCS)을 수신하고, 모니터링 전압(VCS)을 통해서 피크전류(IPEAK)를 검출하며, 스위치(SW)의 드레인 소스 전압(VDS)을 수신한다. 제어부(10)는 드레인 소스 전압(VDS)을 통해서 유사 공진이 시작되는 니 포인트(Knee Point)를 검출하고, 드레인 소스 전압(VDS)이 접지전압에 근접하는 바텀 포인트(Bottom Point)를 검출하며, 니 포인트(Knee Point) 및 바텀 포인트(Bottom Point)에 대응하여 니신호(KD) 및 바텀신호(BD)를 생성한다. 여기서, 니 포인트(Knee Point)는 스위치(SW)의 드레인 소스 전압(VDS)이 유사 공진하는 시점을 나타내고, 니신호(KD)는 드레인 소스 전압(VDS)의 유사 공진 시점에 생성되는 신호로 정의될 수 있다. 바텀 포인트(Bottom Point)는 스위치(SW)의 드레인 소스 전압(VDS)이 접지전압에 근접하는 지점을 나타내며, 바텀신호(BD)는 드레인 소스 전압(VDS)이 접지전압에 근접하는 지점에 생성되는 신호로 정의될 수 있다.제어부(10)는 니신호(KD)가 생성되고 바텀신호(BD)가 생성될 때까지의 시간(T1)을 구하고, 바텀신호(BD)가 생성되고 다음 주기의 바텀신호(BD)가 생성될 때까지의 시간(T2)을 구한다.
제어부(10)는 피크전류(IPEAK) 및 시간(T1)을 통해서 엘이디의 평균전류(IAVG)에 대응하는 적분값(S1)을 연산하고, 엘이디(LED)의 목표한 평균전류(IREF) 및 시간(T2)을 통해서 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 적분값(S2)을 연산한다.
제어부(10)는 적분값(S1) 및 적분값(S2)을 비교하고, 비교 결과에 대응하여 스위치(SW)의 턴오프에 이용되는 기준전압(VREF)을 가변하며, 기준전압(VREF) 및 모니터링 전압(VCS)에 대응하여 스위치(SW)를 제어한다. 일례로, 제어부(10)는 현재 주기에서 적분값(S1)이 적분값(S2)보다 작으면 기준전압(VREF)을 일정레벨 증가시키고, 다음 주기에서 모니터링 전압(VCS)이 증가시킨 기준전압(VREF)에 도달하면 스위치(SW)를 턴오프한다. 그리고, 제어부(10)는 현재 주기에서 적분값(S1)이 적분값(S2)보다 크면 기준전압(VREF)을 일정레벨 감소시키고, 다음 주기에서 모니터링 전압(VCS)이 감소시킨 기준전압(VREF)에 도달하면 스위치(SW)를 턴오프한다.
이와 같이 제어부(10)는 엘이디(LED)의 평균전류(IAVG)에 대응하는 적분값(S1)과 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 적분값(S2)을 연산하고, 적분값(S1)과 적분값(S2)의 비교 결과에 대응하여 스위치(SW)의 턴오프에 이용되는 기준전압(VREF)을 가변하며, 가변되는 기준전압(VREF)를 통해서 영 전류 구간(zero current period)에 의한 전류에러(current error)를 보상한다.
상기와 같은 제어부(10)는 포인트 검출부(20), 피크전류 검출부(30), 비교부(40), 제어회로(50) 및 스위치 구동부(60)를 포함한다.
포인트 검출부(20)는 스위치(SW)의 드레인 소스 전압(VDS)을 수신하고, 드레인 소스 전압(VDS)에 대응하여 유사 공진이 시작되는 니 포인트(Knee Point) 및 레벨이 접지전압에 근접하는 바텀 포인트(Bottom Point)를 검출하고, 니 포인트(Knee Point)에 대응하는 니신호(KD) 및 바텀 포인트(Bottom Point)에 대응하는 바텀신호(BD)를 생성하여 제어회로(50)에 제공한다.
피크전류 검출부(30)는 엘이디 전류(ILED)에 대응하는 모니터링 전압(VCS)을 수신하고, 모니터링 전압(VCS)에 대응하여 피크전류(IPEAK)를 검출하며, 제어회로(50)에 제공한다. 모니터링 전압(VCS)은 스위치(SW)의 드레인과 모니터링 저항(RCS) 사이의 노드의 전압이다.비교부(40)는 제어회로(50)로부터 제공되는 기준전압(VREF)과 모니터링전압(VCS)을 비교하고, 비교 결과에 대응하는 비교신호(RESET_CS)를 제어회로(50)에 제공한다.
제어회로(50)는 니신호(KD), 바텀신호(BD), 클럭신호(CK), 및 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 목표전압(VTREF)를 수신하고, 니신호(KD) 및 바텀신호(BD)를 통해서 스위치(SW)의 턴온 시점부터 엘이디 전류(ILED)가 영(zero) 전류에 도달할 때까지의 시간(T1)과 스위치(SW)의 턴온 시점부터 다음 주기의 턴온 시점까지의 시간(T2)을 연산한다. 여기서, 목표전압(VTREF)은 엘이디 전류(ILED)를 레귤레이션하고자 하는 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 전압으로, 외부에서 제공되거나 내부에서 제공되도록 설정될 수 있다. 일례로, 목표전압(VTREF)은 목표한 평균전류(IREF)와 모니터링 저항(RCS)을 곱셈 연산한 값으로 설정될 수 있다.
제어회로(50)는 피크전류(IPEAK) 및 시간(T1)을 통해서 엘이디의 평균전류(IAVG)에 대응하는 적분값(S1)을 연산하고, 목표한 평균전류(IREF) 및 시간(T2)을 통해서 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 적분값(S2)을 연산하며, 적분값(S1) 및 적분값(S2)의 비교 결과에 대응하여 스위치(SW)의 턴오프에 이용되는 기준전압(VREF)을 가변하고 비교부(40)에 제공한다. 일례로, 기준전압(VREF)은 피크전류(IPEAK)와 모니터링 저항(RCS)을 곱셈 연산한 값으로 설정될 수 있다.
제어회로(50)는 바텀신호(BD)에 대응하여 셋신호(SET)를 생성하고, 비교신호(RESET_CS)에 대응하여 리셋신호(RESET)를 생성하며, 스위치 구동부(60)에 제공한다.
스위치 구동부(60)는 셋신호(SET)에 대응하여 스위치(SW)를 턴온하기 위한 게이트신호(GATE)를 생성하고, 리셋신호(RESET)에 대응하여 스위치(SW)를 턴오프하기 위한 게이트신호(GATE)를 생성하며, 게이트신호(GATE)를 스위치(SW)의 게이트 단자에 제공한다. 스위치 구동부(60)는 SR래치로 구성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
클럭 발생부(70)는 오실레이터(80)의 출력신호에 대응하여 클럭신호(CK)를 제어회로(50)에 제공한다.
도 8은 도 7의 제어회로의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 8을 참고하면, 제어회로(50)는 셋신호 생성부(51), 리셋신호 생성부(52), 카운터(50), 제어 로직부(54), 및 기준전압 생성부(55)를 포함한다.
셋신호 생성부(51)는 바텀신호(BD)에 대응하여 셋신호(SET)를 생성하고 스위치 구동부(60)에 제공한다.
리셋신호 생성부(52)는 비교신호(RESET_CS)에 대응하여 리셋신호(RESET)를 생성하고 스위치 구동부(60)에 제공한다.
카운터(50)는 니신호(KD), 바텀신호(BD) 및 클럭신호(CK)에 대응하여, 니신호(KD)가 수신되고 바텀신호(BD)가 수신될 때까지의 시간(T1)을 카운팅하고, 바텀신호(BD)가 수신되고 다음 주기의 바텀신호(BD)가 수신될 때까지의 시간(T2)을 카운팅하며, 시간(T1) 및 시간(T2)을 제어 로직부(54)에 제공한다.
제어 로직부(54)는 엘이디(LED)의 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 목표전압(VTREF)을 수신하고, 피크전류(IPEAK) 및 시간(T1)을 이용하여 평균전류(IAVG)에 대응하는 적분값(S1)을 연산하고, 목표한 평균전류(IREF) 및 제2시간(T2)을 이용하여 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 적분값(S2)을 연산하며, 제1적분값 및 제2적분값을 비교하고, 비교 결과에 대응하는 비트신호(Vbit)를 기준전압 생성부(55)에 제공한다.
기준전압 생성부(55)는 목표전압(VTREF)에 대응하여 인에이블되고, 비트신호(Vbit)에 대응하여 기준전압(VREF)을 미리 설정된 일정레벨만큼 가변하여 비교부(40)에 제공한다. 기준전압 생성부(55)는 N-bit DAC(Digital and Analog Converter)로 구성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9는 본 발명의 스위칭 전원 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7 및 도 9를 참고하면, 제어부(10)는 현재 주기에서 적분값(S1) 및 적분값(S2)을 연산하고(P10), 적분값(S1) 및 적분값(S2)을 비교한다(P12,P14). 적분값(S1)은 검출되는 엘이디(LED)의 피크전류(IPEAK) 및 시간(T1)을 통해서 연산되고, 적분값(S2)은 목표한 평균전류 및 시간(T2)을 통해서 연산된다.
제어부(10)는 현재 주기에서 적분값(S1)이 적분값(S2)과 동일하면 다음 주기까지 대기하며, 현재 주기에서 적분값(S1)이 적분값(S2)보다 작으면 기준전압(VREF)을 일정레벨 증가시키고(P16), 현재 주기에서 적분값(S1)이 적분값(S2)보다 크면 기준전압(VREF)을 일정레벨 감소시키며(P18), 다음 주기까지 대기한다(P20).
다음 주기에서 제어부(10)는 모니터링 전압(VCS) 및 가변된 기준전압(VREF)을 비교하고, 모니터링 전압(VCS)이 기준전압(VREF)에 도달하면 스위치(SW)를 턴오프한다.
이와 같이 제어부(10)는 매 주기마다 엘이디(LED)의 평균전류(IAVG)에 대응하는 적분값(S1)과 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 적분값(S2)을 비교하고, 비교 결과에 대응하여 스위치(SW)의 턴오프에 이용되는 기준전압(VREF)을 가변하여 스위치(SW)의 턴오프를 제어한다.
따라서, 본 발명은 엘이디 전류(ILED)에 대응하는 모니터링 전압(VCS) 및 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 목표전압(VTREF)을 이용하여 스위치(SW)의 턴오프에 이용되는 기준전압(VREF)을 가변하고, 가변된 기준전압(VREF)을 통해서 스위치(SW)의 턴오프를 제어하므로 엘이디 전류(ILED)의 영 전류 구간에 의한 에러전류를 보상할 수 있다.
본 발명은 엘이디의 평균전류(IAVG)에 대응하는 제1적분값(S1)과 목표한 평균전류(IREF)에 대응하는 제2적분값(S2)을 연산하고, 제1적분값(S1) 및 제2적분값(S2)의 비교 결과에 대응하여 스위치(SW)의 턴오프에 이용되는 기준전압(VREF)을 가변하며, 가변된 기준전압(VREF)을 통해서 스위치(SW)의 턴오프를 제어하므로 평균전류(IAVG)를 목표한 평균전류(IREF)로 정확히 레귤레이션할 수 있다.
10 : 제어부 20 : 포인트 검출부
30 : 피크전류 검출부 40 : 비교부
50 : 제어회로 60 : 스위치 구동부
51 : 셋신호 생성부 52 : 리셋신호 생성부
53 : 카운터 54 : 제어 로직부
55 : 기준전압 생성부

Claims (14)

  1. 엘이디 전류를 레귤레이션하기 위한 스위치; 및
    상기 스위치의 드레인 소스 전압, 상기 엘이디 전류에 대응하는 모니터링 전압 및 목표한 평균전류에 대응하는 목표전압을 이용하여 상기 스위치의 턴오프에 이용되는 기준전압을 가변하고, 상기 기준전압을 이용하여 상기 스위치를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 스위칭 전원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 모니터링 전압을 이용하여 피크전류를 검출하고, 상기 피크전류 및 상기 목표한 평균전류를 통해서 엘이디의 평균전류가 상기 목표한 평균전류로 레귤레이션되는지를 판단하는 스위칭 전원 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 피크전류를 이용하여 상기 엘이디의 평균전류에 대응하는 제1적분값을 연산하고, 상기 목표한 평균전류를 이용하여 상기 목표한 평균전류에 대응하는 제2적분값을 연산하며, 상기 제1적분값과 상기 제2적분값의 비교 결과에 대응하여 상기 기준전압을 가변하는 스위칭 전원 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 피크전류 및 상기 스위치의 턴온 시점부터 상기 엘이디 전류가 영(zero) 전류에 도달할 때까지의 제1시간을 이용하여 상기 제1적분값을 연산하고, 상기 목표한 평균전류 및 상기 스위치의 턴온 시점부터 다음 주기의 턴온 시점까지의 제2시간을 이용하여 상기 제2적분값을 연산하는 스위칭 전원 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 드레인 소스 전압에 대응하여 유사 공진이 시작되는 니 포인트(Knee Point) 및 레벨이 접지전압에 근접하는 바텀 포인트(Bottom Point)를 검출하고, 상기 바텀 포인트에서 상기 니 포인트까지의 시간을 상기 제1시간으로 이용하고, 상기 바텀 포인트에서 다음 주기의 상기 바텀 포인트까지의 시간을 상기 제2시간으로 이용하는 스위칭 전원 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 드레인 소스 전압에 대응하여 유사 공진이 시작되는 니 포인트(Knee Point) 및 레벨이 접지전압에 근접하는 바텀 포인트(Bottom Point)를 검출하고, 상기 니 포인트에 대응하는 니신호 및 상기 바텀 포인트에 대응하는 바텀신호를 제공하는 포인트 검출부;
    상기 모니터링 전압을 이용하여 피크전류를 검출하고 제공하는 피크전류 검출부;
    상기 기준전압과 상기 모니터링전압을 비교하고 비교신호를 제공하는 비교부; 및
    클럭신호를 수신하고, 상기 바텀신호에 대응하여 상기 스위치를 턴온하기 위한 셋신호를 생성하며, 상기 비교신호에 대응하여 상기 스위치를 턴오프하기 위한 리셋신호를 생성하고, 상기 피크전류, 상기 바텀신호, 상기 니신호 및 상기 목표전압에 대응하여 상기 기준전압을 가변하며, 상기 기준전압을 상기 비교부에 제공하는 제어회로;
    를 포함하는 스위칭 전원 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제어회로는
    상기 바텀신호에 대응하여 상기 셋신호를 생성하는 셋신호 생성부;
    상기 비교신호에 대응하여 상기 리셋신호를 생성하는 리셋신호 생성부;
    상기 니신호가 수신되고 상기 바텀신호가 수신될 때까지의 제1시간을 카운팅하고, 상기 바텀신호가 수신되고 다음 주기의 상기 바텀신호가 수신될 때까지의 제2시간을 카운팅하며, 상기 제1시간 및 상기 제2시간을 제어 로직부에 제공하는 카운터;
    상기 피크전류 및 상기 제1시간을 이용하여 상기 엘이디의 평균전류에 대응하는 제1적분값을 연산하고, 상기 목표한 평균전류 및 상기 제2시간을 이용하여 상기 목표한 평균전류에 대응하는 제2적분값을 연산하며, 상기 제1적분값 및 상기 제2적분값을 비교하고, 상기 비교 결과에 대응하는 비트신호를 제공하는 제어 로직부; 및
    상기 목표전압에 대응하여 인에이블되며, 상기 비트신호에 대응하여 상기 기준전압을 생성하고 상기 비교부에 제공하는 기준전압 생성부;
    를 포함하는 스위칭 전원 장치.
  8. 엘이디 전류를 레귤레이션하기 위한 스위치를 포함하는 스위칭 전원 장치의 제어 장치에 있어서,
    제1시간 동안의 엘이디의 평균전류에 대응하는 제1적분값을 연산하고, 제2시간 동안의 목표한 평균전류에 대응하는 제2적분값을 연산하며, 상기 제1적분값과 상기 제2적분값의 비교 결과에 대응하여 비트신호를 제공하는 제어 로직부;
    상기 비트신호에 대응하여 기준전압을 생성하고 제공하는 기준전압 생성부; 및
    상기 기준전압과 상기 엘이디 전류에 대응하는 모니터링 전압을 비교하고, 상기 스위치의 리셋을 위한 비교신호를 제공하는 비교부;
    를 포함하는 스위칭 전원 장치의 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제어 로직부는
    상기 엘이디 전류가 제공되는 상기 제1시간과 상기 스위치의 스위칭 주기 상기 제2시간을 구하고,
    피크전류와 상기 제1시간을 이용하여 상기 제1적분값을 연산하고, 상기 목표한 평균전류와 상기 제2시간을 이용하여 상기 제2적분값을 연산하며,
    상기 제1적분값과 상기 제2적분값의 차에 대응하여 상기 기준전압을 가변하기 위한 상기 비트신호를 상기 기준전압 생성부에 제공하는 스위칭 전원 장치의 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제어 로직부는
    상기 제1적분값이 상기 제2적분값보다 작으면 상기 기준전압을 증가시키고, 상기 제1적분값이 상기 제2적분값보다 크면 상기 기준전압을 감소시키며, 상기 제1적분값 및 상기 제2적분값을 동일하면 현재 주기의 상기 기준전압을 유지시키는 스위칭 전원 장치의 제어 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 엘이디 전류에 대응하는 모니터링 전압을 통해서 상기 피크전류를 검출하는 피크전류 검출부;
    를 더 포함하는 스위칭 전원 장치의 제어 장치.
  12. 엘이디 전류를 레귤레이션하기 위한 스위치를 포함하는 스위칭 전원 장치의 제어 장치에 있어서,
    상기 스위치의 드레인 소스 전압에 대응하여 유사 공진이 시작되는 니 포인트(Knee Point) 및 레벨이 접지전압에 근접하는 바텀 포인트(Bottom Point)를 검출하고, 상기 니 포인트에 대응하는 니신호 및 상기 바텀 포인트에 대응하는 바텀신호를 제공하는 포인트 검출부;
    상기 엘이디 전류에 대응하는 모니터링 전압을 통해서 상기 피크전류를 검출하고 제공하는 피크전류 검출부;
    상기 모니터링 전압과 상기 스위치의 턴오프에 이용되는 기준전압을 비교하고 비교신호를 제공하는 비교부; 및
    목표한 평균전류에 대응하는 목표전압 및 클럭신호를 수신하고, 상기 바텀신호에 대응하여 상기 스위치의 턴온을 위한 셋신호를 생성하며, 상기 비교신호에 대응하여 상기 스위치의 턴오프를 위한 리셋신호를 생성하고, 상기 피크전류, 상기 바텀신호, 상기 니신호, 및 상기 목표전압에 대응하여 가변되는 상기 기준전압을 생성하며, 상기 기준전압을 상기 비교부에 제공하는 제어회로;
    를 포함하는 스위칭 전원 장치의 제어 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제어회로는
    상기 피크전류 및 제1시간을 이용하여 엘이디의 평균전류에 대응하는 제1적분값을 연산하고, 상기 목표한 평균전류 및 제2시간을 이용하여 상기 목표한 평균전류에 대응하는 제2적분값을 연산하며, 상기 제1적분값과 상기 제2적분값의 비교 결과에 대응하여 상기 기준전압을 가변하는 스위칭 전원 장치의 제어 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제어회로는
    상기 니신호가 수신되고 상기 바텀신호가 수신될 때까지의 시간을 상기 제1시간으로 이용하고, 상기 바텀신호가 수신되고 다음 주기의 상기 바텀신호가 수신될 때까지의 시간을 상기 제2시간으로 이용하는 스위칭 전원 장치의 제어 장치.
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KR101440350B1 (ko) * 2013-09-17 2014-09-17 주식회사 실리콘웍스 발광 다이오드 조명 장치의 제어 회로

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