KR20170073500A - Led 구동 회로, 이를 포함하는 led 장치, 및 led 구동 방법 - Google Patents

Led 구동 회로, 이를 포함하는 led 장치, 및 led 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 문서에 개시된 LED 구동 회로는, LED 스트링에 연결되어 있는 전력 스위치의 스위칭을 제어하고, 상기 LED 스트링의 밝기를 제어하는 디밍 신호에 따라 주파수 변조 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성기, 및 상기 디밍 신호가 상기 주파수 변조 기준 전압보다 높을 때, 상기 전력 스위치의 스위칭 주파수를 일정하게 제어하고, 상기 디밍 신호가 상기 주파수 변조 기준 전압보다 낮을 때, 상기 전력 스위치의 스위칭 주파수를 상기 디밍 신호에 따라 제어하는 스위칭 제어부를 포함한다.

Description

LED 구동 회로, 이를 포함하는 LED 장치, 및 LED 구동 방법{LED DRIVING CIRCUIT, LED DEVICE COMPRISING THE SAME, AND DRIVING METHOD OF LED}
실시 예는 LED 구동 회로, 이를 포함하는 LED 장치, 및 LED 구동 방법에 관한 것이다.
LED 스트링의 밝기를 조절하는 디밍 신호에 따라 기준 전압을 생성할 수 있다. 기준 전압은 LED 스트링에 흐르는 전류를 제어하기 위한 전압으로 디밍 신호를 기준으로 상한 기준과 하한 기준이 있을 수 있다.
예를 들어, 상한 기준은 디밍 신호를 기준으로 소정 마진만큼 높은 레벨로 설정되고, 하한 기준은 디밍 신호를 기준으로 소정 마진만큼 낮은 레벨로 설정될 수 있다.
디밍 신호에 의해 LED 스트링의 밝기가 최대 밝기의 소정 비율 이하로 제어될 때, 하한 기준이 영전압에 도달하여도 상한 기준은 영전압에 도달하지 않는다. 그러면, LED 스트링의 밝기를 디밍 신호에 따라 소정 비율 이하로 제어하기 어려운 문제가 발생한다.
LED 스트링의 밝기를 정확하게 제어할 수 있는 LED 구동 회로, 이를 포함하는 LED 장치, 및 LED 구동 방법을 제공하고자 한다.
발명의 한 특징에 따른 LED 구동 회로는 LED 스트링에 연결되어 있는 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어한다. 상기 LED 구동 회로는, 상기 LED 스트링의 밝기를 제어하는 디밍 신호에 따라 주파수 변조 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성기, 및 상기 디밍 신호가 상기 주파수 변조 기준 전압보다 높을 때, 상기 전력 스위치의 스위칭 주파수를 일정하게 제어하고, 상기 디밍 신호가 상기 주파수 변조 기준 전압보다 낮을 때, 상기 전력 스위치의 스위칭 주파수를 상기 디밍 신호에 따라 제어하는 스위칭 제어부를 포함한다.
상기 스위칭 제어부는, 상기 LED 스트링의 밝기를 제어하는 디밍 신호에 따라 상한 기준 전압, 하한 기준 전압, 및 주파수 변조 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성기, 및 상기 디밍 신호에 따라 지연 기간을 제어하기 위한 보상 디밍 신호를 생성하고, 상기 디밍 신호가, 상기 주파수 변조 기준 전압 보다 낮을 때, 상기 보상 디밍 신호와 상기 주파수 변조 기준 전압을 비교한 결과에 기초하여 상기 전력 스위치의 턴 온 시점을 제어할 수 있다.
상기 기준 전압 생성기는, 상기 디밍 신호에 따라 상한 기준 전압 및 하한 기준 전압을 생성할 수 있다. 상기 스위칭 제어부는, 상기 LED 스트링에 흐르는 전류에 대응하는 감지 전압과 상기 상한 기준 전압 및 상기 하한 기준 전압 각각을 비교한 결과에 기초하여 변조 제어 신호를 생성하고, 상기 변조 제어 신호에 따라 생성되는 보상 신호를 상기 디밍 신호에 더해 상기 보상 디밍 신호를 생성할 수 있다.
상기 스위칭 제어부는, 상기 감지 전압과 상기 상한 기준 전압을 비교하는 제1 비교기, 상기 감지 전압과 상기 하한 기준 전압을 비교하는 제2 비교기, 및 상기 제1 비교기 및 상기 제2 비교기의 출력에 따라 상기 변조 제어 신호를 생성하는 SR 플립플롭을 포함할 수 있다.
상기 스위칭 제어부는, 상기 변조 제어 신호에 따라 상기 감지 전압이 상기 하한 기준 전압에 도달한 시점부터 상기 상한 기준 전압에 도달한 시점까지의 기간 동안 증가하는 보상 신호를 생성하고, 상기 보상 신호와 상기 디밍 신호를 더해 상기 보상 디밍 신호를 생성하는 지연 제어부를 포함할 수 있다.
상기 지연 제어부는, 전류원, 상기 디밍 신호가 입력되는 제1 입력단, 제2 입력단, 및 상기 제2 입력단에 연결되어 있는 출력단을 포함하는 증폭기, 상기 증폭기의 출력단과 제1 노드 사이에 연결되어 있고, 상기 변조 제어 신호에 따라 스위칭하는 제1 스위치, 및 상기 제1 노드와 상기 증폭기의 출력단 사이에 연결되어 있는 커패시터를 포함하고, 상기 보상 디밍 신호는 상기 제1 노드의 전압에 따를 수 있다.
상기 지연 제어부는, 상기 전류원과 상기 제1 노드 사이에 연결되어 있고, 상기 변조 제어 신호에 따라 스위칭하는 제2 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 스위칭 제어부는, 상기 보상 디밍 신호와 상기 주파수 변조 기준 전압을 비교하여 주파수 제어 신호를 생성하는 비교기를 포함할 수 있다.
상기 스위칭 제어부는, 상기 주파수 제어 신호와 상기 변조 제어 신호를 논리 연산하여 게이트 제어 신호를 생성하는 논리 연산부를 포함할 수 있다.
발명의 다른 특징에 따른 LED 장치는, LED 스트링, 상기 LED 스트링에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 LED 스트링의 전류를 제어하는 전력 스위치, 및 상기 LED 스트링의 밝기를 제어하는 디밍 신호에 따라 주파수 변조 기준 전압을 생성하고, 상기 디밍 신호에 따라 지연 기간을 제어하기 위한 보상 디밍 신호를 생성하며, 상기 디밍 신호가 상기 주파수 변조 기준 전압 보다 낮을 때, 상기 보상 디밍 신호와 상기 주파수 변조 기준 전압을 비교한 결과에 기초하여 상기 전력 스위치의 턴 온 시점을 제어하는 LED 구동 회로를 포함할 수 있다.
발명의 다른 특징에 따른 LED 구동 방법은, LED 스트링에 연결되어 있는 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어한다. 상기 LED 구동 방법은, 상기 LED 스트링의 밝기를 제어하는 디밍 신호에 따라 상한 기준 전압, 하한 기준 전압, 및 주파수 변조 기준 전압을 생성하는 단계, 상기 디밍 신호에 따라 지연 기간을 제어하기 위한 보상 디밍 신호를 생성하는 단계, 및 상기 디밍 신호가 상기 주파수 변조 기준 전압 보다 낮을 때, 상기 보상 디밍 신호와 상기 주파수 변조 기준 전압을 비교한 결과에 기초하여 상기 전력 스위치의 턴 온 시점을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 LED 구동 방법은, 상기 LED 스트링에 흐르는 전류에 대응하는 감지 전압과 상기 상한 기준 전압을 비교한 결과에 따라 상기 전력 스위치의 턴 오프 시점을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보상 디밍 신호를 생성하는 단계는, 상기 LED 스트링에 흐르는 전류에 대응하는 감지 전압이 상기 하한 기준 전압에 도달한 시점부터 상기 상한 기준 전압에 도달한 시점까지의 기간 동안 증가하는 보상 신호를 생성하는 단계, 및 상기 디밍 신호에 상기 보상 신호를 더하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예를 통해 LED 스트링의 밝기를 정확하게 제어할 수 있는 LED 구동 회로, 이를 포함하는 LED 장치, 및 LED 구동 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 구동 회로 및 이를 포함하는 LED 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 스위칭 제어부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 지연 제어부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 신호 파형들을 나타낸 파형도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에따른 LED 구동 회로 및 이를 포함하는 LED 장치를 나타낸 도면이다.
LED 장치(1)는 LED 스트링(4), 전력 스위치(5), 다이오드(FRD), 인덕터(L), 감지저항(RS), 및 LED 구동 회로(10)를 포함한다.
감지 저항(RS)은 입력 전압(Vin)이 공급되는 일단 및 LED 스트링(4)에 연결되어 있는 타단을 포함한다. 입력 전압(Vin)은 DC 전압일 수 있다.
LED 스트링(4)의 일단에는 입력 전압(Vin) 공급되고, LED 스트링(4)의 타단은 인덕터(L)의 일단에 연결되어 있다. 다이오드(FRD)는 전력 스위치(5)의 드레인 전극과 감지 저항(RS)의 일단 사이에 연결되어 있다. 다이오드(FRD)는 전력 스위치(5)가 오프상태인 기간 중 LED 스트링(4) 및 인덕터(L)와 함께 전류 경로를 형성할 수 있다.
전력 스위치(5)는 LED 구동 회로(10)로부터 전달되는 게이트 전압(VG)에 따라 스위칭 동작하여, LED 스트링(4)에 흐르는 전류를 제어한다. 전력 스위치(5)는 NMOSFET(n-channel metal oxide semiconductor filed effect transistor)로 구현된다. 본 발명이 이에한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 다른타입의 트랜지스터 소자가 적용될 수 있다.
전력 스위치(5)의 드레인 전극은 인덕터(L)의 타단에 연결되어 있고, 소스 전극은 그라운드에 연결되어 있다. 전력 스위치(5)의 게이트 전극에는 LED 구동 회로(10)로부터 전달되는 게이트 전압(VG)가 입력된다. 전력 스위치(5)는 게이트 전압(VG)에 의해스위칭 된다.
전력 스위치(5)가 턴 온일때, 입력 전압(Vin)에 따라 증가하는 인덕터 전류(IL)가 LED 스트링(4) 및 전력 스위치(5)를 통해 흐르고, 인덕터(L)에는 인덕터 전류(IL)에 의해 에너지가 저장된다.
전력 스위치(5)가 턴 오프일 때, 턴 온 기간동안 인덕터(L)에 저장된 에너지가 존재하는 기간 동안 인덕터 전류(IL)가 감소한다. 이 때, 감소하는 인덕터 전류가 다이오드(FRD)를 통해 LED 스트링(4)으로 흐른다.
인덕터 전류(IL)와 LED 스트링(4)에 흐르는 LED 전류는 동일하고, 전류(IL)는 감지 저항(RS)을 통해 흐르며, 입력 전압(Vin)에서 감지 저항(RS)의 전압 강하(IL*RS) 만큼 차감된 전압(VS)이 핀(P3)을 통해 LED 구동 회로(10)에 입력된다.
LED 구동 회로(10)는 디밍 신호(DIM)에 따라 상한 기준 전압(RH) 및 하한 기준 전압(RL)을 생성한다. 디밍 신호(DIM)는 LED 장치의 디밍을 제어하는 신호로, LED 장치(1)의 외부에서 공급될 수 있다. LED 구동 회로(10)는 디밍 신호(DIM)의 감소에 따라 전력 스위치(5)의 스위칭 주파수를 감소시키기 위한 보상 디밍 신호(DIMS)를 생성할 수 있다.
LED 구동 회로(10)는 디밍 신호(DIM)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR) 보다 높을 때는 감지 전압(VSENSE)과 상한 기준 전압(RH) 및 하한 기준 전압(RL)을 비교한 결과에 기초하여 게이트 전압(VG)을 생성한다. 디밍 신호(DIM)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR) 보다 낮을 때, LED 구동 회로(10)는 감지 전압(VSENSE)과 상한 기준 전압(RH) 및 하한 기준 전압(RL)을 비교한 결과, 및 보상 디밍 신호(DIMS)와 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)을 비교한 결과에 기초하여 게이트 전압(VG)을 생성할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, LED 구동 회로(10)는 기준 전압 생성기(13), 스위칭 제어부(11), 및 게이트 구동 회로(12)를 포함한다. 도 1에 도시된 LED 구동 회로(10)의 구성은 LED 구동 회로(10)의 일부 구성일 수 있다.
LED 구동 회로(10)의 핀(P1)에 커패시터(C1)가 연결되어 있고, 커패시터(C1)에 충전된 전압(VDD)이 LED 구동 회로(10)에 공급된다. 전압(VDD)은 LED 구동 회로(10)의 동작에 필요한 전원 전압이다. 입력 전압(Vin)에 의해 커패시터(C1)가 충전되어 전압(VDD)이 생성될 수 있다.
핀(P2)을 통해 디밍 신호(DIM)가 입력되고, 핀(P3)을 통해 전압(VS)이 입력되며, 핀(P4)을 통해 게이트 전압(VG)이출력되며, 핀(P5)을 통해 입력 전압(Vin)이 공급될 수 있다.
기준 전압 생성기(13)는 전압(VDD)에 의해 바이어스되고, 디밍 신호(DIM)를 입력 받고, 상한 기준 전압(RH) 및 하한 기준 전압(RL)을 생성할 수 있다. 상한 기준 전압(RH) 및 하한 기준 전압(RL)은 일정한 값일 수 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
기준 전압 생성기(13)는 디밍 신호(DIM)보다 제1 레벨만큼 높은 상한 디밍 신호 및 제2 레벨만큼 낮은 하한 디밍 신호를 생성한 후, 상한 디밍 신호 및 하한 디밍 신호 각각에 기초하여 상한 기준 전압(RH)과 하한 기준 전압(RL)을 생성할 수 있다. 이때, 제1 레벨 및 제2 레벨은 디밍 신호(DIM)가 소정의 임계 값보다 작을 때, 디밍 신호(DIM)에 따라 결정될 수 있다. 소정의 임계 값은 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)일 수 있다.
기준 전압 생성기(13)는 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)을 생성하고, 스위칭 제어부(11)에 공급할 수 있다. 기준 전압 생성기(13)는 디밍 신호(DIM)가 최대 밝기를 지시할 때의 레벨의 소정 비율을 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)으로 생성할 수 있다.
디밍 신호(DIM)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)보다 낮을 때, 전력 스위치(5)의 스위칭 주파수는 디밍 신호(DIM)에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 디밍 신호(DIM)가 감소할수록, 스위칭 주파수는 감소한다. 디밍 신호(DIM)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)보다 높을 때, 전력 스위치(5)의 스위칭 주파수는 일정할 수 있다.
스위칭 제어부(11)는 입력 전압(Vin)에서 전압(VS)을 차감하여 감지 전압(VSENSE)을 생성하고, 감지 전압(VSENSE)과 상한 기준 전압(RH) 및 하한 기준 전압(RL)을 비교한 결과, 및 보상 디밍 신호(DIMS)와 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)을 비교한 결과에 기초하여 전력 스위치(5)의 스위칭 동작을 제어한다. 전압(VS)은 Vin-(IL*RS)이므로, 입력 전압(Vin)에서 전압(VS)을 차감하면, IL*RS 즉, LED 스트링(4)에 흐르는 전류에 따르는 감지 전압(VSENSE)이 생성될 수 있다.
디밍 신호(DIM)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)보다 높을 때는 보상 디밍 신호(DIMS)와 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)의 비교 결과가 전력 스위치(5)의 스위칭 동작에 영향을 주지 않을 수 있다. 스위칭 제어부(11)는 디밍 신호(DIM)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)보다 낮을 때, 전력 스위치(5)의 턴 온 시점을 디밍 신호(DIM)의 레벨에 따라 제어할 수 있도록 보상 디밍 신호(DIMS)를 생성할 수 있다. 그러면, 디밍 신호(DIM)가 감소할수록 전력 스위치(5)의 턴 오프 시점부터 다음 턴 온 시점까지의 기간이 길어질 수 있다.
게이트 구동 회로(12)는 게이트 제어 신호(PWM_D)에 따라 게이트 전압(VG)을 생성한다. 예를 들어, 게이트 제어 신호(PWM_D)가 하이 레벨인 기간 동안, 게이트 구동 회로(12)는 전력 스위치(5)를 턴 온 시키는 하이 레벨의 게이트 전압(VG)을 생성한다. 게이트 제어 신호(PWM_D)가 로우 레벨인 기간 동안, 게이트 구동 회로(12)는 전력 스위치(5)를 턴 오프 시키는 로우 레벨의 게이트 전압(VG)을 생성한다.
이하, 도 2 및 3을 참조하여 스위칭 제어부(11)에 대해서 설명한다.
도 2는 실시 예에 따른 스위칭 제어부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 지연 제어부(111), 세 개의 비교기(112-114), SR 플립플롭(115), 및 논리 연산부(116)를 포함한다.
세 개의 비교기(112-114) 각각은 비반전 단자(+)의 입력이 반전 단자(-)의 입력 이상일 때, 하이 레벨의 출력을 생성하고, 그 반대의 경우 로우 레벨의 출력을 생성할 수 있다.
지연 제어부(111)는 변조 제어 신호(PWM_M)를 입력 받고, 변조 제어 신호(PWM_M)에 따라 생성되는 보상 신호를 디밍 신호(DIM)에 더해 보상 디밍 신호(DIMS)를 생성한다. 예를 들어, 지연 제어부(111)는 변조 제어 신호(PWM_M)에 따라 감지 전압(VSENSE)이 하한 기준 전압(RL)에 도달한 시점부터 상한 기준 전압(RH)에 도달한 시점까지의 기간 동안 증가하는 보상 신호(VSAW)를 생성할 수 있다.
비교기(112)는 주파수 변조 기준 전압(DPFMR) 및 보상 디밍 신호(DIMS)를 비교한 결과에 따라 주파수 제어 신호(SET_D)를 생성한다. 비교기(112)의 반전 단자(-)에는 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)이 입력되고, 비교기(112)의 비반전 단자(+)에는 보상 디밍 신호(DIMS)가 입력된다. 따라서, 비교기(112)는 보상 디밍 신호(DIMS)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR) 이상일 때, 하이 레벨의 주파수 제어 신호(SET_D)를 생성하고, 그 반대의 경우 로우 레벨의 주파수 제어 신호(SET_D)를 생성할 수 있다.
비교기(113)는 감지 전압(VSENSE)과 상한 기준 전압(RH)을 비교한 결과에 따라 SR 플립플롭(115) 리셋 단(R)의 입력을 생성한다. 비교기(113)의 반전 단자(-)에는 상한 기준 전압(RH)이 입력되고, 비교기(113)의 비반전 단자(+)에는 감지 전압(VSENSE)이 입력된다. 따라서, 비교기(113)는 감지 전압(VSENSE)이 상한 기준 전압(RH) 이상일 때 하이 레벨을 출력하고, 그 반대의 경우 로우 레벨을 출력한다.
비교기(114)는 감지 전압(VSENSE)과 하한 기준 전압(RL)을 비교한 결과에 따라 SR 플립플롭(115) 셋 단(S)의 입력을 생성한다. 비교기(114)의 비반전 단자(+)에는 하한 기준 전압(RL)이 입력되고, 비교기(114)의 반전 단자(-)에는 감지 전압(VSENSE)이 입력된다. 따라서, 비교기(114)는 하한 기준 전압(RL)이 감지 전압(VSENSE)이 이상일 때 하이 레벨을 출력하고, 그 반대의 경우 로우 레벨을 출력한다.
SR 플립플롭(115)은 셋 단(S)의 입력 및 리셋 단(R)의 입력에 따라 변조 제어 신호(PWM_M)를 생성한다. 예를 들어, SR 플립플롭(115)은 셋 단(S) 입력의 상승 에지에 동기되어 변조 제어 신호(PWM_M)를 하이 레벨로 상승시키고, 리셋 단(R) 입력의 상승 에지에 동기되어 변조 제어 신호(PWM_M)를 로우 레벨로 하강시킨다.
논리 연산부(116)는 변조 제어 신호(PWM_M) 및 주파수 제어 신호(SET_D)를 논리 연산하여 게이트 제어 신호(PWM_D)를 생성한다. 실시 예에 따른 논리 연산부(116)는 논리 곱 연산을 수행하는 AND 게이트로 구현될 수 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 논리 연산부(116)는 변조 제어 신호(PWM_M) 및 주파수 제어 신호(SET_D) 각각의 조건에 따른 레벨을 고려하여 다른 논리 게이트로 구현될 수 있다.
도 3은 지연 제어부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 지연 제어부(111)는 증폭기(121), 전류원(122), 두 개의 스위치(123, 124), 및 커패시터(C2)를 포함한다.
증폭기(121)의 출력단과 반전 단자(-)는 연결되어 있고, 증폭기(121)의 비반전 단자(+)에는 디밍 신호(DIM)가 입력된다. 따라서 증폭기(121)는 디밍 신호(DIM)를 출력한다.
스위치(123)는 증폭기(121)의 출력단과 노드(N1) 사이에 연결되어 있고, 변조 제어 신호(PWM_M)에 따라 스위칭 동작한다. 예를 들어, 스위치(123)는 하이 레벨의 변조 제어 신호(PWM_M)에 따라 턴 오프 하고, 로우 레벨의 변조 제어 신호(PWM_M)에 따라 턴 온 할 수 있다.
전류원(122)은 전압(VDD)을 이용하여 정전류(I1)을 생성한다.
스위치(124)는 전류원(122)와 노드(N1) 사이에 연결되어 있고, 변조 제어 신호(PWM_M)에 따라 스위칭 동작한다. 예를 들어, 스위치(124)는 하이 레벨의 변조 제어 신호(PWM_M)에 따라 턴 온 하고, 로우 레벨의 변조 제어 신호(PWM_M)에 따라 턴 오프 할 수 있다.
커패시터(C2)는 증폭기(121)의 출력단과 노드(N1) 사이에 연결되어 있다.
스위치(123)가 온 상태이고, 스위치(124)가 오프 상태이면, 보상 디밍 신호(DIMS)의 레벨은 디밍 신호(DIM)와 동일하다. 스위치(123)가 오프 상태이고, 스위치(124)가 온 상태이면, 커패시터(C2)가 정전류(I1)에 의해 충전되어, 노드(N1)의전압이 증가한다. 그러면, 보상 디밍 신호(DIMS)는 디밍 신호(DIM)에 커패시터(C2)의 양단 전압인 보상 신호(VSAW)가 더해진 레벨이 된다.
도 3에 도시된 실시 예에서는 전류원(122)와 커패시터(C2) 사이에 스위치(124)가 연결되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 전류원(122)과 커패시터(C2)가 직접 연결될 수 있다. 이 경우에도, 스위치(123)의 온 기간 동안 노드(N1)의 전압은 디밍 신호(DIM)에 따른다.
도 4를 참조하여 실시 예의 동작을 설명한다.
도 4는 실시 예에 따른 신호 파형들을 나타낸 파형도이다.
도 4에서는 디밍 신호(DIM)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)보다 작고, 디밍 신호(DIM)가 감소하는 파형이 도시되어 있다. 디밍 신호(DIM)의 감소에 따라 지연 기간이 증가하여 스위칭 주파수가 감소하는 동작을 설명하기 위한 예시로, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4에 도시된 바와 같이, 시점 T0에 감지 전압(VSENSE)이 상한 기준 전압(RH)에 도달하면, 비교기(113)의 출력이 하이 레벨이 되어 변조 제어 신호(PWM_M)가 로우 레벨로 하강하고, 게이트 제어 신호(PWM_D)도 로우 레벨로 하강하여 전력 스위치(5)가 턴 오프된다.
시점 T0에 변조 제어 신호(PWM_M)에 의해 스위치(124)가 턴 오프 되고, 반전 변조 제어 신호(PWM_M)에 의해 스위치(123)가 턴 온 되어, 보상 디밍 신호(DIMS)는 디밍 신호(DIM)와 동일한 레벨이 된다. 시점 T0에 보상 디밍 신호(DIMS)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)보다 낮아져 주파수 제어 신호(SET_D)는 로우 레벨로 하강한다.
시점 T1에 감지 전압(VSENSE)이 하한 기준 전압(RL)에도달하면, 비교기(114)의 출력이 하이 레벨이 되어 변조 제어 신호(PWM_M)가 하이 레벨로 상승한다. 변조 제어 신호(PWM_M)에 의해 스위치(124)가 턴 온 되고, 반전 변조 제어 신호(PWM_M)에 의해 스위치(123)가 턴 오프 되어, 보상 디밍 신호(DIMS)는 디밍 신호(DIM)에 보상 신호(VSAW)가 더해져 증가하기 시작한다.
시점 T2에 보상 디밍 신호(DIMS)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)에 도달하여, 주파수 제어 신호(SET_D)가 하이 레벨로 상승하고, 게이트 제어 신호(PWM_D)도 하이 레벨로 상승하여 전력 스위치(5)가 턴 온 된다. 시점 T1과 전력 스위치(5)의 턴 온 시점 T2사이에 지연 기간(TD1)이 존재한다.
시점 T3에 감지 전압(VSENSE)이 상한 기준 전압(RH)에 도달하면 앞서 시점 T0에서 발생한 동작이 반복된다. 시점 T4에 감지 전압(VSENSE)이 하한 기준 전압(RL)에 도달하면 앞서 시점 T1에서 발생한 동작이 반복된다.
시점 T5에 보상 디밍 신호(DIMS)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)에 도달하여, 주파수 제어 신호(SET_D)가 하이 레벨로 상승하고, 게이트 제어 신호(PWM_D)도 하이 레벨로 상승하여 전력 스위치(5)가 턴 온 된다. 시점 T4과 전력 스위치(5)의 턴 온 시점 T5사이에 지연 기간(TD2)이 존재한다. 디밍 신호(DIM)의 감소에 따라 지연 기간은 지연 기간(TD1)에서 지연 기간(TD2)으로 길어진다.
시점 T6에 감지 전압(VSENSE)이 상한 기준 전압(RH)에 도달하면 앞서 시점 T0에서 발생한 동작이 반복된다. 시점 T4에 감지 전압(VSENSE)이 하한 기준 전압(RL)에 도달하면 앞서 시점 T1에서 발생한 동작이 반복된다.
시점 T8에 보상 디밍 신호(DIMS)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)에 도달하여, 주파수 제어 신호(SET_D)가 하이 레벨로 상승하고, 게이트 제어 신호(PWM_D)도 하이 레벨로 상승하여 전력 스위치(5)가 턴 온 된다. 시점 T7과 전력 스위치(5)의 턴 온 시점 T8사이에 지연 기간(TD3)이 존재한다. 디밍 신호(DIM)의 감소에 따라 지연 기간은 지연 기간(TD2)에서 지연 기간(TD3)으로 길어진다.
디밍 신호(DIM)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)보다 높을 때, 스위칭 제어부(11)는 감지 전압(VSENSE)과 상한 기준 전압(RH) 및 하한 기준 전압(RL)을 비교한 결과에 따라 게이트 제어 신호(PWM_D)를 생성할 수 있다.
감지 전압(VSENSE)이 상한 기준 전압(RH)에 도달한 시점에 동기되어, 스위칭 제어부(11)는 전력 스위치(5)를 턴 오프 시킨다. 전력 스위치(5)의 턴 오프에 의해 감소하던 감지 전압(VSENSE)이 하한 기준 전압(RL)에 도달한 시점에 동기되어, 스위칭 제어부(11)는 전력 스위치(5)를 턴 온 시킬 수 있다.
그런데, 디밍 신호(DIM)가 주파수 변조 기준 전압(DPFMR)보다 낮을 때는, 감지 전압(VSENSE)이 하한 기준 전압(RL)에 도달한 시점부터 지연 기간(TD1, TD2, TD3)이 경과된 후에, 스위칭 제어부(11)는 전력 스위치(5)를 턴 온 시킨다. 디밍 신호(DIM)가 감소할수록 지연 기간이 증가하여 스위칭 주파수가 감소하게 되고, 이에 따라 LED 스트링(4)의 밝기도 감소하게 된다.
실시 예를 통해서, 낮은 밝기 요구에 대해서, LED 스트링이 디밍 신호에 따라 정확하게 적게 발광할 수 있다.
이상에서 복수의 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는본 발명의 기본개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: LED 장치
4: LED 스트링
5: 전력 스위치
10: LED 구동 회로
11: 스위칭 제어부
12: 게이트 구동 회로
13: 기준 전압 생성기
110: 지연 기간 생성부
111: 지연 제어부
112-114: 비교기
115: SR 플립플롭
116: 논리 연산부
121: 증폭기
122: 전류원
123, 124: 스위치

Claims (20)

  1. LED 스트링에 연결되어 있는 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 LED 구동 회로에 있어서,
    상기 LED 스트링의 밝기를 제어하는 디밍 신호에 따라 주파수 변조 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성기, 및
    상기 디밍 신호가 상기 주파수 변조 기준 전압보다 높을 때, 상기 전력 스위치의 스위칭 주파수를 일정하게 제어하고, 상기 디밍 신호가 상기 주파수 변조 기준 전압보다 낮을 때, 상기 전력 스위치의 스위칭 주파수를 상기 디밍 신호에 따라 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 LED 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 디밍 신호에 따라 지연 기간을 제어하기 위한 보상 디밍 신호를 생성하고, 상기 디밍 신호가 상기 주파수 변조 기준 전압 보다 낮을 때, 상기 보상 디밍 신호와 상기 주파수 변조 기준 전압을 비교한 결과에 기초하여 상기 전력 스위치의 턴 온 시점을 제어하는 포함하는 LED 구동 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기준 전압 생성기는,
    상기 디밍 신호에 따라 상한 기준 전압 및 하한 기준 전압을 생성하고,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 LED 스트링에 흐르는 전류에 대응하는 감지 전압과 상기 상한 기준 전압 및 상기 하한 기준 전압 각각을 비교한 결과에 기초하여 변조 제어 신호를 생성하고,
    상기 변조 제어 신호에 따라 생성되는 보상 신호를 상기 디밍 신호에 더해 상기 보상 디밍 신호를 생성하는
    LED 구동 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 감지 전압과 상기 상한 기준 전압을 비교하는 제1 비교기,
    상기 감지 전압과 상기 하한 기준 전압을 비교하는 제2 비교기, 및
    상기 제1 비교기 및 상기 제2 비교기의 출력에 따라 상기 변조 제어 신호를 생성하는 SR 플립플롭을 포함하는
    LED 구동 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 변조 제어 신호에 따라 상기 감지 전압이 상기 하한 기준 전압에 도달한 시점부터 상기 상한 기준 전압에 도달한 시점까지의 기간 동안 증가하는 보상 신호를 생성하고, 상기 보상 신호와 상기 디밍 신호를 더해 상기 보상 디밍 신호를 생성하는 지연 제어부를 포함하는
    LED 구동 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지연 제어부는,
    전류원,
    상기 디밍 신호가 입력되는 제1 입력단, 제2 입력단, 및 상기 제2 입력단에 연결되어 있는 출력단을 포함하는 증폭기,
    상기 증폭기의 출력단과 제1 노드 사이에 연결되어 있고, 상기 변조 제어 신호에 따라 스위칭하는 제1 스위치, 및
    상기 제1 노드와 상기 증폭기의 출력단 사이에 연결되어 있는 커패시터를 포함하고,
    상기 보상 디밍 신호는 상기 제1 노드의 전압에 따르는
    LED 구동 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지연 제어부는,
    상기 전류원과 상기 제1 노드 사이에 연결되어 있고, 상기 변조 제어 신호에 따라 스위칭하는 제2 스위치를 더 포함하는
    LED 구동 회로.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 보상 디밍 신호와 상기 주파수 변조 기준 전압을 비교하여 주파수 제어 신호를 생성하는 비교기, 및
    상기 주파수 제어 신호와 상기 변조 제어 신호를 논리 연산하여 게이트 제어 신호를 생성하는 논리 연산부를 포함하는
    LED 구동 회로.
  9. LED 스트링,
    상기 LED 스트링에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 LED 스트링의 전류를 제어하는 전력 스위치, 및
    상기 LED 스트링의 밝기를 제어하는 디밍 신호에 따라 주파수 변조 기준 전압을 생성하고, 상기 디밍 신호에 따라 지연 기간을 제어하기 위한 보상 디밍 신호를 생성하며, 상기 디밍 신호가 상기 주파수 변조 기준 전압 보다 낮을 때, 상기 보상 디밍 신호와 상기 주파수 변조 기준 전압을 비교한 결과에 기초하여 상기 전력 스위치의 턴 온 시점을 제어하는 LED 구동 회로를 포함하는
    LED 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 LED 구동 회로는,
    상기 디밍 신호에 따라 상한 기준 전압, 하한 기준 전압, 및 상기 주파수 변조 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성기, 및
    상기 디밍 신호에 보상 신호를 더해 보상 디밍 신호를 생성하고, 상기 디밍 신호가 상기 주파수 변조 기준 전압 보다 낮을 때, 상기 보상 디밍 신호가 상기 주파수 변조 기준 전압에 도달한 시점에 동기되어 상기 전력 스위치의 턴 온 시점을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는
    LED 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 LED 스트링에 흐르는 전류에 대응하는 감지 전압과 상기 상한 기준 전압 및 상기 하한 기준 전압 각각을 비교한 결과에 기초하여 변조 제어 신호를 생성하고,
    상기 변조 제어 신호에 따라 생성되는 상기 보상 신호를 생성하는
    LED 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 감지 전압과 상기 상한 기준 전압을 비교하는 제1 비교기,
    상기 감지 전압과 상기 하한 기준 전압을 비교하는 제2 비교기, 및
    상기 제1 비교기 및 상기 제2 비교기의 출력에 따라 상기 변조 제어 신호를 생성하는 SR 플립플롭을 포함하는
    LED 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 변조 제어 신호에 따라 상기 감지 전압이 상기 하한 기준 전압에 도달한 시점부터 상기 상한 기준 전압에 도달한 시점까지의 기간 동안 증가하는 보상 신호를 생성하고, 상기 보상 신호와 상기 디밍 신호를 더해 상기 보상 디밍 신호를 생성하는 지연 제어부를 포함하는
    LED 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 지연 제어부는,
    전류원,
    상기 디밍 신호가 입력되는 제1 입력단, 제2 입력단, 및 상기 제2 입력단에 연결되어 있는 출력단을 포함하는 증폭기,
    상기 증폭기의 출력단과 제1 노드 사이에 연결되어 있고, 상기 변조 제어 신호에 따라 스위칭하는 제1 스위치, 및
    상기 제1 노드와 상기 증폭기의 출력단 사이에 연결되어 있는 커패시터를 포함하고,
    상기 보상 디밍 신호는 상기 제1 노드의 전압에 따르는
    LED 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 지연 제어부는,
    상기 전류원과 상기 제1 노드 사이에 연결되어 있고, 상기 변조 제어 신호에 따라 스위칭하는 제2 스위치를 더 포함하는
    LED 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 보상 디밍 신호와 상기 주파수 변조 기준 전압을 비교하여 주파수 제어 신호를 생성하는 비교기를 포함하는
    LED 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는,
    상기 주파수 제어 신호와 상기 변조 제어 신호를 논리 연산하여 게이트 제어 신호를 생성하는 논리 연산부를 포함하는
    LED 장치.
  18. LED 스트링에 연결되어 있는 전력 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 LED 구동 방법에 있어서,
    상기 LED 스트링의 밝기를 제어하는 디밍 신호에 따라 상한 기준 전압, 하한 기준 전압, 및 주파수 변조 기준 전압을 생성하는 단계,
    상기 디밍 신호에 따라 지연 기간을 제어하기 위한 보상 디밍 신호를 생성하는 단계, 및
    상기 디밍 신호가 상기 주파수 변조 기준 전압 보다 낮을 때, 상기 보상 디밍 신호와 상기 주파수 변조 기준 전압을 비교한 결과에 기초하여 상기 전력 스위치의 턴 온 시점을 제어하는 단계를 포함하는
    LED 구동 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 LED 스트링에 흐르는 전류에 대응하는 감지 전압과 상기 상한 기준 전압을 비교한 결과에 따라 상기 전력 스위치의 턴 오프 시점을 제어하는 단계를 더 포함하는
    LED 구동 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 보상 디밍 신호를 생성하는 단계는,
    상기 LED 스트링에 흐르는 전류에 대응하는 감지 전압이 상기 하한 기준 전압에 도달한 시점부터 상기 상한 기준 전압에 도달한 시점까지의 기간 동안 증가하는 보상 신호를 생성하는 단계, 및
    상기 디밍 신호에 상기 보상 신호를 더하는 단계를 포함하는
    LED 구동 방법.
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