KR20180059796A - 순차 선형 led 드라이버를 위한 정류 회로 - Google Patents

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Abstract

순차 선형 LED 드라이버 회로가 제공된다. 순차 선형 LED 드라이버 회로는 복수의 전류 싱크(100,105,110,115) 및 복수의 기준 전압(VREF1, VREF2, VREF3, VREF4)을 생성하는 전압 분배기(120)를 포함할 수 있고, 상기 다수의 전류 싱크들(100,105,110,115) 각각은 발광 다이오드들(LEDs)의 스트링 및 상기 LED 스트링 내에 위치한 탭들에 연결되도록 구성되며, 상기 복수의 기준 전압들(VREF1, VREF2, VREF3, VREF4) 각각은 상기 복수의 전류 싱크들(100,105,110,115) 중 각각의 전류 싱크에 인가된다. 복수의 전류 싱크의 각 전류 싱크의 출력은 합산 노드(CS)에서 연결될 수 있다.

Description

순차 선형 LED 드라이버를 위한 정류 회로
본 출원은 2015년 9월 25일자로 출원된 미국 가출원 제62/234,081호에 대한 우선권을 주장하며, 상기 가출원은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 개시는 일반적으로 순차 선형 LED 드라이버에 관한 것이다.
순차 선형 LED 드라이버 또는 간단히 "드라이버"는 정류된 AC 라인 전압으로부터 LED 스트링(string)을 구동하기 위한 수단을 제공한다. 드라이버는 정류된 전압의 크기에 따라 LED 스트링을 부분적으로 또는 전부 발광시킨다. 드라이버는 LED 스트링 및 LED 스트링 내에 위치된 탭(taps)에 결합하기 위한 선형 전류 싱크(sinks)의 셋(set)을 포함한다. 따라서, LED 스트링은 LED 세그먼트(segments)의 셋으로 분할된다.
LED 스트링을 LED 세그먼트로 나누면 드라이버가 LED 스트링의 일부 또는 전부를 켤 수 있다. 정류된 AC 전압이 상승 또는 하강함에 따라, 하나의 전류 싱크로부터 인접한 전류 싱크로의 전류 흐름을 정류(commuting)시킴으로써 각각의 증가 또는 감소하는 세그먼트 수가 활성화된다. 드라이버는 일반적으로 정류된 AC 라인 전압의 주어진 크기로 에너지가 공급될 수 있는 LED 세그먼트의 수를 최대화하는 전류 싱크를 가능케 하여, LED 스트링의 활용을 극대화하고 전류 싱크 내의 전력 소모를 최소화한다.
그러나, 전류 싱크 사이의 전류의 정류가 적절하게 타이밍되지 않을 때 문제가 발생한다. 불완전한 타이밍은 AC 라인에서 끌어온 전류의 스파이크 또는 갭을 초래하여, 과도한 전자기 간섭(EMI)을 유발할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 가장 왼쪽 전류 파형에 도시된 것처럼 인접한 두 개의 전류 싱크가 순간적으로 전류를 흐르게 할 때 라인 전류가 위쪽으로 급상승한다. 유사하게, 도 1의 가장 오른쪽 전류 파형에 도시된 바와 같이, 두 개의 인접한 전류 싱크가 정류중에 단시간에 도통하지 않을 때, 라인 전류는 아래쪽으로 급상승한다. 따라서, 예를 들어 도 1의 가운데 전류 파형에 도시된 바와 같이, 하나의 전류 싱크로부터 다음 전류 싱크로의 라인 전류의 원활한 정류를 가능하게 하는 회로가 필요하다.
도 1의 가운데 전류 파형에 도시된 바와 같이, 하나의 전류 싱크로부터 다음 전류 싱크로의 라인 전류의 원활한 정류를 가능하게 하는 회로가 필요하다.
하나 이상의 예시적인 실시예의 일 측면에 따르면, 모든 전류 싱크 전류가 합산 노드를 통과하도록 강제함으로써 2 개의 인접한 전류 싱크 사이에서 전류의 정류를 조정하는 회로가 제공된다. 모든 전류 싱크 전류의 합계는 전류 싱크 사이의 원활한 전류 정류를 용이하게 하고 스파이크 및 갭 없이 AC 라인 전류를 발생시킨다. 하나 이상의 예시적인 실시예에 따르면, 정류 회로는 전류 싱크들 사이에서 라인 전류의 정류를 조정하기 위해 전류 싱크 전류에만 의존할 수 있다. 하나 이상의 예시적인 실시예에 따른 정류 회로는, 정류된 AC 라인 전압 또는 LED 스트링 탭에서의 전압에 의존할 필요가 없기 때문에, 전압 측정 부정확으로 인한 부적절한 타이밍을 피할 수 있다. 또한, 고전압 측정 및 처리 비용을 피할 수 있다.
하나 이상의 예시적인 실시예에 따르면, 순차 선형 LED 드라이버 회로는 복수의 전류 싱크 및 복수의 기준 전압을 생성하는 전압 분배기를 포함할 수 있고, 상기 다수의 전류 싱크들 각각은 발광 다이오드들(LEDs)의 스트링 및 상기 LED 스트링 내에 위치한 탭들에 연결되도록 구성되며, 상기 복수의 기준 전압들 각각은 상기 복수의 전류 싱크들 중 각각의 전류 싱크에 인가된다. 복수의 전류 싱크의 각 전류 싱크의 출력은 복수의 전류 싱크를 통해 흐르는 전류의 합을 설정하기 위해 합산 노드에서 연결될 수 있다.
각각의 전류 싱크는 기준 또는 포지티브 입력 단자, 피드백 또는 네거티브 입력 단자, 및 출력 단자를 갖는 제어 증폭기와, 그리고 게이트 단자, 소스 단자, 및 드레인 단자를 갖는 전계 효과 트랜지스터(FET)(또는 같은 단자를 갖는 바이폴라 트랜지스터)를 포함할 수 있다. 각각의 전류 싱크의 제어 증폭기의 출력은 각각의 전류 싱크 내의 FET의 게이트 단자에 연결될 수 있다. 복수의 기준 전압들 각각은 각각의 전류 싱크의 제어 증폭기의 기준 단자에 인가될 수 있다. 각 FET의 소스 단자는 각각의 전류 싱크의 제어 증폭기의 피드백 단자에 연결될 수 있다. 각 FET의 드레인 단자는 LED 스트링 또는 LED 스트링 내에 위치된 탭에 결합 될 수 있다. 각 FET의 소스 단자는 합산 노드에 연결될 수 있다.
하나 이상의 예시적인 실시예에 따르면, 각각의 제어 증폭기의 기준 단자는 제1 기준 전압에 연결될 수 있다. 각 제어 증폭기의 피드백 단자는 복수의 기준 전압 중 하나에 접속될 수 있다. 제1 전류 싱크의 제1 제어 증폭기의 피드백 단자는 합산 노드에 연결될 수 있다. 전압 분배기(분압기)의 제1 종단은 합산 노드에 결합되고, 분압기의 제2 종단은 접지에 접속된다. 순차 LED 드라이버 회로는 또한 합산 노드에 결합 된 제1 단부 및 접지에 결합 된 제2 단부를 갖는 레지스터(저항)를 포함할 수 있다.
하나의 전류 싱크로부터 다음 전류 싱크로의 라인 전류의 원활한 정류를 가능하게 하는 회로가 제공된다.
도 1은 하나의 탭으로부터 다른 탭으로의 탭 전류에서, 허용할 수 없게 높고, 이상적이며, 허용할 수 없을 정도로 낮은 탭 전류를 나타내는 일련의 탭 전류 파형을 도시한다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 순차 선형 LED 드라이버 회로를 도시한다.
도 3은 도 2의 예시적인 실시예에 따른 순차 선형 LED 드라이버 회로의 동작을 나타내는 타이밍도 이다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에 따른 순차 선형 LED 드라이버 회로를 도시한다.
도 5는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 순차 선형 LED 드라이버 회로를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 도면 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. 예시적인 실시예들은 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예들에 제한되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다. 명확한 설명을 위해 잘 알려진 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 순차 선형 LED 드라이버 회로를 도시한다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 회로는 제1 전류 싱크(100), 제2 전류 싱크(105), 제3 전류 싱크(110) 및 제4 전류 싱크(115)를 포함 할 수 있다. 전류 싱크들 각각은 제어 증폭기 및 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함할 수 있다. 각각의 제어 증폭기의 기준 입력은 저항성 분압기(120)에 연결될 수 있다. 제어 증폭기는 VREF4> VREF3> VREF2> VREF1이 되도록 다양한 지점에서 저항성 분압기(120)에 연결될 수 있으며, 여기서 VREF4는 제4 전류 싱크(115)의 제어 증폭기(116)의 기준 입력에 접속되고, VREF3은 제3 전류 싱크(110)의 제어 증폭기(111)의 기준 입력에 접속되고, VREF1은 제2 전류 싱크(105)의 제어 증폭기(106)의 기준 입력에 연결되고, VREF1은 제1 전류 싱크(100)의 제어 증폭기(101)의 기준 입력에 접속된다. 각각의 제어 증폭기(101, 106, 111, 및 116)의 출력은 제1 전류 싱크(100), 제2 전류 싱크(105), 제3 전류 싱크(110), 제4 전류 싱크(115)의 FET(102, 107, 112, 및 116)의 게이트 단자(115)에 각각 연결될 수 있다. FET(102, 107, 112 및 117)의 소스 단자는 각각 제어 증폭기(101, 106, 111 및 115)의 피드백 입력에 연결될 수 있다. 각 FET의 드레인 단자는 LED 스트링의 두 세그먼트 사이에 연결될 수 있다. 예를 들어, FET(102)의 드레인은 LED의 제1 세그먼트(SEG1)와 LED의 제2 세그먼트(SEG2) 사이에 접속될 수 있다. FET(107)의 드레인은 LED의 제2 세그먼트(SEG2)와 LED의 제3 세그먼트(SEG3) 사이에 연결될 수 있다. FET(112)의 드레인은 LED의 제3 세그먼트(SEG3)와 LED의 제4 세그먼트(SEG4) 사이에 접속될 수 있다. FET(117)의 드레인은 LED의 제4 세그먼트(SEG4)의 출력에 접속될 수 있다. FET(102, 107, 112 및 117)의 소스는 단일 합산 노드(CS)에서 서로 접속될 수 있다.
도 3은 도 2의 예시적인 실시예에 따른 회로의 동작을 도시한다. 시간 0에서, 입력 전압(VRAC)은 0V와 동일하며, OV는 LED의 제1 세그먼트(SEG1)를 순방향 바이어스 하기에 불충분한 전압이다. 시간 1에서, VRAC는 LED의 제1 세그먼트(SEG1)를 순방향 바이어스 하기에 충분한 레벨에 도달하지만, 전류 조절을 가능하게 하기에 불충분하다. 시간이 지남에 따라, 합산 노드(CS)에서의 전압(Vcs)은 FET(102)를 통한 전류 싱크 전류(ITAP1)와 마찬가지로 상승하기 시작한다. 시간 2에서, 제1 전류 싱크(100)는 전압 Vcs 및 VREF1이 대략 평형 상태에 있을 때 전류를 조절하기 시작한다. 시간 3에서, VRAC는 LED의 제2 세그먼트(SEG2)를 순방향 바이어스 하기에 충분한 레벨로 상승하여, 전류(ITAP2)가 FET(107)를 통해 흐르게 한다. 전류(ITAP2)는 합산 노드(CS)에서 전압(Vcs)을 증가시킨다. 증가된 전압 Vcs에 응답하여, 제1 전류 싱크(100)는 전류(ITAP1)를 감소시켜 Vcs 및 VREF1이 대략 평형 상태로 유지된다. 전류(ITAP2)는 전류(ITAP1)이 대략적으로 감소하는 동일한 속도로 증가하고, 합산 노드 CS에서의 총 전류(ISUM)는 거의 일정하게 유지된다. 시간 4에서, VRAC는 전류(ITAP2)가 전류(ITAP1)가 0 인 지점까지 증가하게 하는 레벨에 도달한다. 이 시점에서, 제1 전류 싱크(100)는 조절을 벗어나서 Vcs가 VREF1보다 상승하여 제1 전류 싱크(100)가 차단된다. 시간 5에서, VRAC는 제2 전류 싱크(105)가 조절하기 시작하는 레벨로 상승하고, Vcs 및 VREF2는 대략 평형 상태에 있다. 그 후, 입력 전압(VRAC)이 더 상승함에 따라 전술한 과정은 제3 및 제4 전류 싱크(110, 115)에 대해 반복되고, 또한 VRAC가 피크를 통과하고 감소하기 시작함에 따라 역으로 작동한다.
도 4는 다른 예시적인 실시 예에 따른 순차 선형 LED 드라이버 회로를 도시한다. 도 4의 회로는, 각각의 제어 증폭기(101, 106, 111 및 116)의 기준 입력이 저항성 분압기(120)에 의해 생성된 상이한 전압과는 대조적으로 동일한 기준 전압 (VREF)에 접속된다는 것을 제외하고, 도 2의 회로와 유사하다. 도 4의 회로에서, 각 제어 증폭기(101, 106, 111 및 116)의 피드백 입력이 저항성 분압기의 다른 지점에 연결되기 때문에, 피드백은 감쇠된다. 저항성 분압기의 일단은 제1 전류 싱크(100)의 피드백 입력이 연결되는 합산 노드(CS)에 연결되고, 저항성 분압기의 타단은 접지에 연결된다.
도 5는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 순차 선형 LED 드라이버 회로를 도시한다. 도 5의 예시적인 실시예의 회로는, 피드백 분배기가 저항(RSET)에 결합된다는 점을 제외하고, 도 2의 회로와 유사하다. 도 5에 도시된 예시적인 실시예의 회로는 4개의 저항(RSET1, RSET2, RSET3 및 RSET4)을 포함한다. 제어 증폭기(101)의 피드백 입력은 RSET1에 접속되고, 제어 증폭기(106)의 피드백 입력은 RSET1과 RSET2 사이에 접속되고, 제어 증폭기(111)의 피드백 입력은 RSET2와 RSET3 사이에 접속되며, 제어 증폭기(116)의 피드백 입력은 RSET3과 RSET4 사이에 접속된다. 전류 감지 포인트 CS1, CS2, CS3 및 CS4는 각 전류 싱크에 대해 다르지만, 모든 탭 전류는 합산 노드에서 합산된다.
본 발명의 기술적 사상은 예시적인 실시 예와 관련하여 설명되고 예시되었지만, 본 명세서에 개시된 예시적인 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 개념의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 변경이 이루어질 수 있다.
100: 제1 전류 싱크
105: 제2 전류 싱크
110: 제3 전류 싱크
115: 제4 전류 싱크
120: 저항성 전압분배기(분압기)

Claims (12)

  1. 복수의 전류 싱크 각각은 발광 다이오드(LED) 스트링 또는 상기 LED 스트링 내에 위치된 탭에 결합되도록 구성되는 복수의 전류 싱크; 및
    복수의 기준 전압을 생성하고, 상기 복수의 기준 전압 각각은 상기 복수의 전류 싱크 각각의 전류 싱크에 인가되는 분압기;를 포함하고,
    상기 복수의 전류 싱크의 각 전류 싱크의 출력은 합산 노드에서 연결되는 순차 선형 LED 드라이버 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 각 전류 싱크는,
    기준 단자 및 피드백 단자를 갖는 제어 증폭기; 및
    게이트 단자, 소스 단자, 및 드레인 단자를 갖는 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함하는 순차 선형 LED 드라이버 회로.
  3. 제2 항에 있어서,
    각각의 전류 싱크의 제어 증폭기의 출력은 각각의 전류 싱크 내의 FET의 게이트 단자에 연결된 순차 선형 LED 드라이버 회로.
  4. 제2 항에 있어서,
    복수의 기준 전압 각각은 각각의 전류 싱크의 제어 증폭기의 기준 단자에 인가된 순차 선형 LED 드라이버 회로.
  5. 제2 항에 있어서,
    각 FET의 소스 단자는 각각의 전류 싱크의 제어 증폭기의 피드백 단자에 연결된 순차 선형 LED 드라이버 회로.
  6. 제2 항에 있어서,
    각 FET의 드레인 단자는 LED 스트링 또는 상기 LED 스트링 내에 위치 된 탭에 결합된 순차 선형 LED 드라이버 회로.
  7. 제2 항에 있어서,
    각 FET의 소스 단자는 합산 노드에 연결된 순차 선형 LED 드라이버 회로.
  8. 제2 항에 있어서,
    각 제어 증폭기의 기준 단자는 제1 기준 전압에 접속된 순차 선형 LED 드라이버 회로.
  9. 제8 항에 있어서,
    각 제어 증폭기의 피드백 단자는 복수의 기준 전압 중 하나에 접속된 순차 선형 LED 드라이버 회로.
  10. 제9 항에 있어서,
    제1 전류 싱크의 제1 제어 증폭기의 피드백 단자는 합산 노드에 연결된 순차 선형 LED 드라이버 회로.
  11. 제10 항에 있어서,
    분압기의 제1 종단은 합산 노드에 결합되고, 분압기의 제2 종단은 접지에 접속된 순차 선형 LED 드라이버 회로.
  12. 제11 항에 있어서,
    합산 노드에 결합된 제1 단부 및 접지에 결합된 제2 단부를 갖는 레지스터(저항)를 더 포함하는 순차 선형 LED 드라이버 회로.
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