KR20200085322A - Led 어레이의 구동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 어레이(2)에 공급 전압(V_boost)을 발생시키고 피드백 신호(100)에 응답하여 공급 전압(V_boost)을 조정하도록 배열된 전압 변환기(10); LED 어레이(2)의 LED들(20)을 구동시키도록 배열된 다수의 전류 소스(CS1, ..., CSn); 및 전압 헤드룸(H)에 대한 전류 소스 전압(V_CS1, ..., V_CSn)을 모니터하고 헤드룸 모니터링 결과들에 기초하여 피드백 신호(100)를 발생시키도록 적응된 모니터링 배열(M)을 포함하는, 전류-구동 LED들(20)의 어레이(2)의 구동기(1)를 설명한다. 본 발명은 LED 어레이(2)를 포함하는 디바이스(4) 및 본 발명의 구동기(1)의 실시예를 추가로 설명한다. 본 발명은 LED 어레이(2)를 구동시키는 방법을 추가로 설명한다.

Description

LED 어레이의 구동기

본 발명은 전류-구동 LED들의 LED 어레이의 구동기; 디바이스; 및 이러한 LED 어레이를 구동시키는 방법을 설명한다.

발광 다이오드들(LED들)의 어레이 또는 매트릭스는 이동 전화용 플래시 모듈들, 자동차 헤드램프 배열들 등과 같은 다양한 응용들에서 사용될 수 있다. 세그먼트된 LED 어레이는 그 각각이 시야의 부분(플래시에 의해 조명될 공간 내의 영역)을 조명하는, 여러 개의 발광 다이오드들을 포함할 수 있다. LED 구동기는 시야의 원하는 조명을 획득하기 위해 LED들을 개별적으로 또는 총체적으로 구동시키는 것이 요구된다. 세그먼트된 LED 어레이(또는 이후 간단히 "세그먼트된 어레이")는 일반적으로 비교적 복잡한 구동 및 상호접속 방식을 요구한다.

세그먼트된 어레이의 LED들은 LED들의 제조 동안의 불가피한 공정 변화들로 인해 상이한 정적 순방향 전압들을 가질 수 있다. LED의 온도는 동작 중에 증가할 것이고, LED의 전기적 작동이 온도에 의해 영향받는다. 접합 온도가 증가함에 따라, 순방향 전압은 감소하여, 전류 소비의 증가를 초래한다. 이런 이유로, 전압 소스 대신에 전류 소스(또는 전류 싱크)로부터 LED를 구동시키는 것이 일반적으로 바람직하다. 예를 들어, 일부 종래 기술의 구동기들은 세그먼트된 어레이를 위한 피드백-제어 전류 소스를 구현할 수 있다. 공지된 구동기 회로들이 US20110121755A1, US20090289559A1 및 US20170094734A1에 개시되어 있다. 전류-구동 LED들의 어레이 또는 매트릭스를 위한 이런 유형들의 구동기들은 각각의 LED들의 올바른 동작을 보장하기 위해 전류 소스/싱크의 비교적 큰 전압 헤드룸 내에서 동작하도록 구성될 수 있다. 그러나, 이러한 해결책은 비효율적인 높은 전력 소비와 연관되고 이동 디바이스들에서 빠른 배터리 고갈에 이르게 할 수 있다. 그러나, 이 문제를 다루는 종래 기술의 회로들은 다양한 결점들 또는 제한들을 겪는데, 예를 들어 모든 LED 세그먼트들을 개별적으로 그리고 동시에 구동시키는 것이 가능하지 않을 수 있고, 배열이 이동 디바이스 내에 포함된다면 전력 소비가 받아들이기 어려울 정도로 높을 수 있다.

공지된 구동기 회로들의 추가 결점은 그들이 그들의 복잡성 및 크기로 인해 세그먼트된 LED 어레이를 갖는 단일 모듈 내로 쉽게 통합될 수 없다는 것이다. 전체적인 디바이스 크기가 바람직하지 않게 크고, 제조 비용들이 또한 바람직하지 않게 높다.

그러므로, 본 발명의 목적은 위에 언급된 단점들을 극복하는 세그먼트된 LED 어레이를 구동시키는 개선된 방식을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 청구항 1의 구동기; 청구항 8의 디바이스; 및 LED 어레이를 구동시키는 청구항 13의 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 전류-구동 LED들의 어레이의 구동기는 LED 어레이에 공급 전압을 발생시키고 피드백 신호에 응답하여 공급 전압을 조정하도록 배열된 전압 변환기; LED 어레이의 LED들을 구동시키도록 배열된 다수의 전류 소스; 및 미리 정해진 범위 또는 "전압 헤드룸"에 대한 전류들의 전압들을 모니터하고 헤드룸 모니터링 결과들에 기초하여 피드백 신호를 발생시키도록 적응된 모니터링 배열을 포함한다. 모니터링 배열은 복수의 비교기를 포함하고, 각각의 LED의 관련 전극은 비교기의 입력에 접속되고, 각각의 비교기는 LED 전극 전압이 제1 입력 전압보다 낮을 때 높은 비교기 출력을 발생시키고, LED 전극 전압이 제2 입력 전압보다 높을 때 낮은 비교기 출력을 발생시키도록 실현된다. 피드백 신호는 번들된 비교기 출력들을 포함한다.

본 발명은 LED가 기본적으로 전류-구동 디바이스라는 이해에 기초한다. 이 전류는 이미 구동기 회로의 부분이고 높은 출력 임피던스를 갖는 능동 디바이스에 의해 소스되거나 싱크될 수 있다. 이 능동 디바이스에서의 전력 소실은 디바이스 양단의 전압이 또한 최소일 때 최소일 것이다.

본 발명의 맥락에서, LED 구동기는 LED 어레이를 위한 공급 전압을 발생시키는 전압 변환기 및 또한 LED들을 구동시키는 전류 소스들/싱크들을 포함하는 것으로 이해된다. 용어들 "전류 소스"와 "전류 싱크"는 (전류 흐름의 방향 이외에) 전류 소스와 전류 싱크 간에 본질적인 차이가 없기 때문에 서로 교환가능하게 사용될 수 있으므로, 이들 용어는 관찰자의 관점 및 사용되는 부호 관습에 따라, 동일한 목적이라고 할 수 있다.

본 발명의 구동기의 장점은 그것이 모든 LED 세그먼트들이 동시에 구동되는 회로에서 사용될 수 있다는 것이다. 또 하나의 장점은 그것이 LED들의 제어를 위한 부스트 변환기 출력 전압에 의존하지 않는다는 것이다. 대신에, 전압 변환기는 피드백 신호에 응답하여 공급 전압을 조정하도록 실현된다. 피드백 신호는 에러 피드백의 유형으로서 간주될 수 있는데, 왜냐하면 그것은 공급 전압이 최적하지 않다는 것을 표시하고 공급 전압이 정정되어야 하는 방향을 표시하기 때문이다. 본 발명의 구동기의 또 하나의 장점은 공급 전압이 매우 빨리 정정될 수 있다는 것인데, 왜냐하면 피드백이 전압 변환기로 직접 가기 때문이다. 대조적으로, 기능적으로 유사한 종래 기술의 회로들은 LED 전압들에 대한 피드백을 수집하기 위해 직렬 버스 및 프로세서를 구현하고, 신호들의 처리는 공급 전압의 정정에서의 상당한 지연을 초래한다. 본 발명의 구동기의 추가 장점은 그것이 LED 어레이의 전력 효율을 매우 바람직하게 최적화한다는 것인데, 왜냐하면 LED들 양단의 전압 강하가 동작 중에 최소로 조정되기 때문이다. 또 하나의 장점은 본 발명의 방식에 의해 가능하게 만들어진 소형 회로로부터 비롯되므로, LED 구동기는 예를 들어 비용 및/또는 디바이스 크기를 감소시키고, 간단성 및/또는 기능성 등을 최적화하기 위해, LED 어레이 모듈에서 구현될 수 있다. LED 구동기 칩을 LED 어레이와 동일한 모듈 내에 통합시키면 요구된 상호접속들의 수가 감소될 수 있고, 전체 인쇄 회로 보드(PCB)가 감소될 수 있다. 동시에, 온도 모니터링 및 정전기 방전(ESD) 보호와 같은 바람직한 추가적인 기능들이 통합된 구동기 칩에 추가될 수 있다.

본 발명의 구동기로, 헤드룸 범위로부터의 LED 전극 전압의 어떤 벗어남을 식별하고 이후 차이를 정정하기 위해 공급 전압을 즉각 조정할 수 있는, 전압 변환기에 알림으로써 바람직하게 엄격한 헤드룸 내에서 LED 어레이를 동작시키는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 디바이스는 복수의 LED를 갖는 LED 어레이, 및 본 발명의 구동기의 실시예를 포함한다.

본 발명에 따르면, LED 어레이를 구동시키는 방법은 LED 어레이의 LED들을 위한 공급 전압을 발생시키고 피드백 신호에 응답하여 공급 전압을 조정하도록 전압 변환기를 구성하는 단계; LED 어레이의 LED들을 구동시키기 위해 다수의 전류 소스를 제공하는 단계; 및 전압 헤드룸에 대한 전류 소스 전압을 모니터하고 헤드룸 모니터링 결과들에 기초하여 피드백 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.

종속 청구항들 및 다음의 설명은 본 발명의 특히 유리한 실시예들 및 특징들을 개시한다. 실시예들의 특징들은 적절한 것으로서 조합될 수 있다. 하나의 청구항 카테고리의 맥락에서 설명된 특징들은 또 하나의 청구항 카테고리에 동일하게 적용할 수 있다.

전류-구동 LED들의 어레이를 실현하는 다양한 방식들이 있다. 예를 들어, 전류 소스/싱크는 어레이의 각각의 LED에 제공될 수 있으므로, 어레이 내에 LED들이 있는 것만큼 많은 전류 소스들/싱크들이 있다. 대안적으로, 멀티플렉스된 구성에서, 하나의 전류 소스/싱크는 여러 개의 직렬-접속 또는 병렬-접속 LED들을 구동시킬 수 있다.

전압 변환기의 출력 전압은 LED 어레이 양단의 전압 강하와 전류 싱크들/소스들의 전압 헤드룸의 합이다. 전압 헤드룸은 전류 싱크가 적절히 동작할 수 있는 것을 보장하기에 적어도 충분하여야 한다. 그것의 헤드룸이 너무 낮으면, 전류 싱크의 출력 임피던스는 감소하고, 그것은 올바르게 동작할 수 없다. 본 발명의 구동기는 전압 변환기에 의해 제공된 공급 전압이 전류 싱크들의 전압 헤드룸이 전류 싱크들/소스들의 올바른 기능을 위해 필요한 레벨보다 크지 않도록 하는 것을 보장함으로써, LED들이 전력을 불필요하게 소실하지 않는 것을 보장하기 위해 사용된다. 본 발명의 구동기의 모니터링 배열은 그러므로 다음에서 또한 "헤드룸 모니터"라고 할 수 있다. 본 발명의 구동기의 실시예를 통합한 디바이스는 LED들의 세그먼트된 어레이 또는 매트릭스를 요구하는 임의의 응용에서, 예를 들어 자동차 전방 또는 후방 조명 유닛에서, 스마트폰과 같은 이동 디바이스의 카메라 플래시 모듈 등에서 실현될 수 있다. 이동 디바이스에서, 세그먼트된 LED 어레이는 카메라 응용을 위한 시야를 조명하기 위해 짧은 터트림의 광을 발생시키기 위해 사용될 수 있는 세그먼트된 플래시를 포함할 수 있다. 세그먼트된 플래시는 또한 광의 일정한 빔을 발생시키기 위해 "플래시라이트" 응용에 의해 사용될 수 있다. 특히 이러한 응용에서, 전력 소비는 배터리 전력을 보존하기 위해 최소화되어야 한다.

전류-구동 LED에 대해, LED의 전극은 전류 소스/싱크, 예를 들어 제어된 능동 디바이스에 접속될 수 있다. 전류 레귤레이터가 전류 소스일 때, LED의 애노드는 전류 소스에 접속된다. 전류 소스/싱크의 전압은 그러므로 관련 LED 전극에서의 전압이다. 전류 레귤레이터가 전류 싱크일 때, LED의 캐소드는 전류 싱크에 접속되고, 간단성을 위해, 그리고 본 발명을 어떤 식으로 제한하지 않고서, 이 구성이 다음에서 가정될 수 있다. 본 발명의 특히 양호한 실시예에서, 본 발명의 구동기의 모니터링 배열은 관련 LED 전극에서의 전압을 하한선 및 상한선에 의해 정해진 전압 헤드룸과 비교한다. 본 발명의 구동기는 그러므로 바람직하게는 전압 헤드룸의 하한선을 정하는 기준 전압으로서의 제1 입력 전압, 및 전압 헤드룸의 상한선을 정하는 기준 전압으로서의 제2 입력 전압을 포함한다.

본 발명에 따르면, 모니터링 배열은 복수의 비교기 - 각각의 LED의 관련 전극은 비교기의 입력에 접속되고, 각각의 비교기는 LED 전극 전압이 제1 입력 전압보다 낮을 때 높은 비교기 출력을 발생시키고, LED 전극 전압이 제2 입력 전압보다 높을 때 낮은 비교기 출력을 발생시키도록 실현됨 - ; 및 전압 변환기로의 피드백 신호 - 피드백 신호는 번들된 비교기 출력들을 포함함 - 를 포함한다. 이 방식으로, 모니터링 배열은 LED들의 캐소드들에서의 전압의 레벨을 체크하기 위해 비교기들을 이용한다. 임의의 적합한 비교기가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 모니터링 배열은 이 기능을 이행하기 위해 복수의 윈도우 비교기를 포함한다. 본 발명의 특히 양호한 실시예에서, 비교기는 제1 연산 증폭기의 출력과 비교기 출력 사이에 순방향으로 접속된 제1 다이오드와 함께 제1 연산 증폭기; 및 제2 연산 증폭기의 출력과 비교기 출력 사이에 역방향으로 접속된 제2 다이오드와 함께 제2 연산 증폭기를 포함한다. 위에 설명된 것과 같이, 비교기는 또한 전압 헤드룸의 한계 값들, 즉 전압 헤드룸을 정하는 제1 및 제2 입력 전압들을 수신한다. 이런 유형의 비교기를 일반적으로 "윈도우 비교기"라고 하는데, 왜냐하면 그것은 전압 레벨이 하한선 및 상한선에 의해 정해진 정의된 전압 "윈도우" 내부 또는 외부에 있는지를 식별하기 때문이다.

본 발명의 추가의 양호한 실시예에서, 비교기의 연산 증폭기들의 반전 입력들은 둘 다 그 비교기의 LED의 캐소드에 접속되고, 제1 연산 증폭기의 비반전 입력은 제1 입력 전압에 접속되고, 제2 연산 증폭기의 비반전 입력은 제2 입력 전압에 접속된다.

LED 어레이의 LED들을 구동시키는 전압 변환기는 부스트 변환기, 벅-부스트 변환기, 전하 펌프 등으로서 실현될 수 있다. 부스트 변환기와 같은 전압 변환기가 바람직한데, 왜냐하면 그것은 연속적인 전압 레귤레이션을 허용하기 때문이다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 전압 변환기는 피드백 신호가 임계 레벨보다 높을 때 공급 전압을 증가시키고 피드백 신호가 임계 레벨보다 낮을 때 공급 전압을 감소시키도록 실현된다. 본 발명의 실시예에서, 임계 레벨은 바람직하게는 각각의 전류 소스/싱크의 헤드룸이 최적일 때, 즉 너무 낮거나 너무 높지 않을 때 예상된 전압 레벨로서 미리 정해질 수 있다.

본 발명의 구동기의 전압 변환기는 예를 들어 확장된 구동기 ASIC(주문형 집적 회로)에서 전용 디바이스로서 실현될 수 있다. 이러한 실시예에서, 피드백 신호는 ASIC의 내부 제어 신호이고 전압 변환기는 위에 설명된 것과 같이 이 신호에 응답하도록, 즉 피드백 신호가 임계 레벨보다 높을 때 공급 전압을 증가시키고 피드백 신호가 임계 레벨보다 낮을 때 공급 전압을 감소시키도록 설계된다.

대안적으로, 기성품의(off-the-shelf) 전압 변환기가 본 발명의 구동기의 실시예를 만들기 위해 사용될 수 있다. 이 경우에, 전압 변환기는 외부적으로 액세스가능한 피드백 입력을 포함하여야 한다. 예를 들어, 피드백 입력 핀을 갖는 기성품의 벅-부스트 변환기가 위에 설명된 것과 같이 피드백 입력 핀에 극성-반전된 "에러" 신호를 인가함으로써 사용될 수 있다. 극성 반전은 공급 전압이 불충분할 때 임계보다 높고, 공급 전압이 그것이 필요로 하는 것보다 높을 때 임계보다 낮은 피드백 신호에 의해 제공된다. 이 "기성품의" 실현에서, 임계 전압은 벅-부스트 변환기의 공칭 전압 레벨일 수 있다. 벅-부스트 변환기는 LED 구동기의 전류 소스들에서의 최소 소실을 달성하기 위해 출력 공급 전압을 조정함으로써 응답할 것이다.

본 발명의 구동기의 모니터링 배열에서, 각각의 LED의 캐소드는 전류 소스/싱크에 접속된다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 전류 소스/싱크는 반도체 트랜지스터와 같은 능동 디바이스를 포함하는 전류 레귤레이터일 수 있다. P-MOSFET 또는 바이폴라 PNP 트랜지스터가 접지 대신에 기준으로서 공급 전압을 갖는 전류 소스로서 사용될 수 있는 대안적 실시예에서 동일한 원리가 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 목적들 및 특징들이 첨부 도면들과 함께 고려된 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다. 그러나, 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이지 본 발명의 제한들의 정의로서 설계된 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 구동기의 실시예의 예시적인 회로도를 도시하고;
도 2는 LED 캐소드 전압과 전압 헤드룸 간의 관계를 도시하고;
도 3은 본 발명의 구동기의 실시예에 의해 발생된 공급 전압과 전압 변환기 피드백 신호 간의 관계를 도시하고;
도 4는 본 발명의 디바이스의 실시예를 도시하고;
도 5는 본 발명의 구동기의 블록도를 도시한다.
도면들에서, 유사한 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 물체들을 참조한다. 도면들 내의 물체들은 반드시 축척에 맞게 그려지지 않았다.

도 1은 LED 어레이의 LED들(20), 예를 들어 세그먼트된 플래시를 위한 본 발명의 구동기(1)의 실시예들의 기본 회로도이다. 명료성을 위해, 단지 2개의 LED들(20) 또는 플래시 세그먼트들(20)이 도시된다. 물론, 세그먼트된 플래시는 단지 2개보다 더 많은 LED들(20)을 포함할 수 있고, 이 도면에 도시한 회로는 더 큰 플래시 매트릭스에 사용하기 위해 확장될 수 있다. LED들(20)은 전류-구동되고, 이 예시적인 실시예에서, 구동기 회로(1)는 LED 어레이의 각각의 LED(20)를 위한 전류 싱크(CS1, ..., CSn)를 포함한다.

구동기 회로(1)는 전류 싱크들(CS1, ... CSn)을 위한 전압 헤드룸뿐만 아니라 LED들(20)을 위한 공급 전압(V_boost)을 발생시키도록 실현된 전압 변환기(10)(이 경우에 부스트 변환기)를 포함한다. LED들(20)을 위한 공급 전압(V_boost)은 LED들이 올바르게 동작하고, 전압 헤드룸이 전류 싱크들(CS1, ..., CSn)의 올바른 동작을 위해 필요한 것보다 높지 않은 것을 보장하기에 충분하여야 한다. 이 목적을 위해, 본 발명의 구동기(1)는 또한 모니터링 배열(M)을 포함한다. 모니터링 배열(M)로, 아래에 설명되는 것과 같이, 바람직하게 엄격한 헤드룸 내에서 전류-구동 LED들(20)을 동작시키는 것이 가능하다. 이 방식으로, 본 발명의 구동기(1)는 전체 전력 소비를 바람직하게 감소시킬 수 있다.

이 실시예에서, 각각의 LED(20)의 캐소드는 이미 구동기 회로(1)의 부분인 제어된 능동 디바이스(바이폴라 트랜지스터, MOSFET 등)와 같은 전류 레귤레이터(전류 싱크/소스)에 도시한 것과 같이 접속된다. 능동 디바이스 양단의 전압이 최소이기 때문에, 능동 디바이스에서의 전력 소실도 또한 최소이다. 모니터링 배열의 기능성 내로 이들 전류 레귤레이터를 포함시키면 헤드룸 모니터링 기능의 저 전력 실현이 용이해진다.

모니터링 배열(M)은 LED들(20)과 전압 변환기(10)로의 피드백 신호(100) 사이에 접속된 다수의 윈도우 비교기(M1, ..., Mn)를 포함한다. 각각의 LED(20)의 캐소드는 도시한 것과 같이 비교기(M1, ..., Mn)의 입력들에 접속된다. 각각의 비교기(M1, ..., Mn)는 제1 연산 증폭기(A1) 및 제1 연산 증폭기(A1)의 출력과 비교기 출력(M_{out_1}, ..., M_{out_n}) 사이에 순방향으로 접속된 제1 다이오드(D1)를 포함한다. 제1 연산 증폭기(A1)의 비반전 입력은 전압 헤드룸의 하한선을 정하는 제1 입력 전압(V_{ref_low})에 접속된다. 각각의 비교기(M1, ..., Mn)는 또한 제2 연산 증폭기(A2) 및 제2 연산 증폭기(A2)의 출력과 비교기 출력(M_{out_1}, ..., M_{out_n}) 사이에 역방향으로 접속된 제2 다이오드(D2)를 포함한다. 제2 연산 증폭기(A2)의 비반전 입력은 전압 헤드룸의 상한선을 정하는 제2 입력 전압(V_{ref_high})에 접속된다. 비교기(M1, ..., Mn)의 양 연산 증폭기들(A1, A2)의 반전 입력들은 LED(20)의 캐소드에 접속된다.

연산 증폭기들(A1, A2)의 출력들(M_{out_1}, ..., M_{out_n})은 번들되는데, 즉 도시한 것과 같이 다이오드(D1, D2)를 통해 부스트 변환기(10)로의 피드백 신호(100)인 단일 라인에 접속된다. 각각의 전류 소스/싱크의 헤드룸이 최적일 때, 즉 너무 낮거나 너무 높지 않을 때, 피드백 신호(100)의 전압(V₂₀)은 미리 정해진 임계 레벨에 대응하고, 전압 변환기(10)는 공급 전압(V_boost)을 조정할 필요가 없다.

위에 언급된 것과 같이, 각각의 LED(20)의 캐소드는 이미 구동기 회로(1)의 부분인 전류 레귤레이터에 접속된다. 각각의 비교기(M1, ..., Mn)의 연산 증폭기들(A1, A2)의 반전 입력들은 그러므로 또한 동일한 전류 싱크에 접속된다. 여기에 설명된 비교기(M1, ..., Mn)는 본질적으로 전류 싱크(CS1, ..., CSn)의 헤드룸이 상한선(V_{ref_high}) 및 하한선(V_{ref_low})에 의해 정해진 최적 범위 내에 있는지를 체크하는 윈도우 비교기이다. 이들 전압은 도시한 것과 같이 적절한 전압 소스들(VS1, VS2)에 의해 설정된다. 제1 연산 증폭기(A1)는 하한선(V_{ref_low})과 그것의 LED 캐소드에서의 전압(V_CS1, ..., V_CSn) 사이의 차이를 증폭하고; 제2 연산 증폭기(A2)는 상한선(V_{ref_high})과 그것의 LED 캐소드에서의 전압(V_CS1, ..., V_CSn) 사이의 차이를 증폭한다.

연산 증폭기는 그것의 높은 이득을 특징으로 한다. 반전 입력과 비반전 입력 사이의 매우 작은 전압 차이는 관련 비교기 공급 레벨에 가까운 출력을 야기할 것이다. 피드백 전압(V₂₀)은 그러므로 전류 싱크의 전압 헤드룸이 불충분할 때 양의 공급 레벨로 거의 상승할 수 있다. 동일하게, 피드백 전압(V₂₀)은 전류 싱크의 전압 헤드룸이 필요한 것보다 높을 때 음의 공급 레벨(예를 들어, 접지)로 거의 하강할 수 있다. 이런 이유로, 직렬 저항기가 변환기(10)의 피드백 핀에 제공된다.

여기에 설명된 유형의 비교기는 저 출력 저항을 갖는다. 각각의 비교기 (M1, ..., Mn)는 (모든 다른 비교기들(M1, ..., Mn)이 그들의 제2 연산 증폭기(A2) 상에 낮은 출력 레벨을 가질지라도) 그것의 제1 연산 증폭기(A1) 상에 높은 출력 레벨을 갖는 단일 비교기(M1, ..., Mn)라도 피드백 전압(V₂₀)을 높게 풀할 수 있도록 제1 다이오드(D1)의 캐소드와 제2 다이오드(D2)의 애노드 사이에 저항기(R1)를 포함한다. 바꾸어 말하면, 전압 Vcsx < 하한 헤드룸 레벨(V_{ref_low})의 정정은 전압 Vcsx > 상한 헤드룸 레벨(V_{ref_high})의 정정보다 높은 우선순위를 갖고, 여기서 Vcsx는 LED 캐소드 전압들(V_CS1, ..., V_CSn) 중 어느 하나를 나타낸다.

도 2는 LED 캐소드에서의 전압(V_a, V_b, V_c)과 아래에 설명되는 것과 같이 능동 디바이스라고 가정할 수 있는 연관된 전류 소스/싱크의 전압 헤드룸(H) 간의 가능한 관계를 도시한다. 전압 헤드룸(H)은 상한선 및 하한선(V_{ref_high}, V_{ref_low})에 의해 정해진다. 배터리에 의해 공급되고 각각의 세그먼트 양단에 약 3V의 전압 강하를 갖는 LED 어레이에 5.5V 정도를 공급하는 전압 변환기에 대해, 헤드룸은 예를 들어, 약 0.2V 내지 0.3V 내에 있을 수 있다. V_{ref_high}의 값은 능동 디바이스의 최대 허용된 소실 및 피드백 루프의 레귤레이션 작동에 의해 결정된다. V_{ref_low}는 능동 디바이스의 최소 허용된 출력 임피던스에 의해 설정된다. 능동 디바이스 양단의 전압 강하가 작을수록, 그것의 출력 임피던스는 낮고, 이것은 전류 소스/싱크로서의 더 약한 동작 특성들과 연관된다.

LED 캐소드에서의 전압(V_CS1, ..., V_CSn)이 상한선(V_{ref_high})보다 높지 않고 하한선(V_{ref_low})보다 낮지 않는 한, 연산 증폭기들(A1, A2)의 출력들에서의 다이오드들(D1, D2)은 각각 역바이어스되고, 각각의 LED(20)는 피드백 신호(100)에 영향을 주지 않는다. 이것은 상한선 및 하한선(V_{ref_high}, V_{ref_low}) 내에 있는 전압(V_b)의 경우에 해당한다. 그러나, LED 캐소드에서의 전압(V_CS1, ..., V_CSn)이 하한선(V_{ref_low})보다 낮으면, 제1 연산 증폭기(A1)의 출력에서의 다이오드(D1)는 순바이어스되고, 비교기 출력은 높게 된다. 결과적으로, 피드백 신호는 임계값 위로 상승된다. 이것은 하한선(V_{ref_low})보다 적은 전압(V_a)의 경우에 해당한다. 결과적인 "높은" 피드백 신호(100)는 출력 전압(V_boost)을 증가시킴으로써 응답하는 부스트 변환기(10)에 의해 수신된다.

LED 캐소드에서의 전압(V_CS1, ..., V_CSn)이 하한선(V_{ref_high})보다 높으면, 연산 증폭기(A2)의 출력에서의 다이오드(D2)는 순바이어스되고, 피드백 신호(100)는 임계 레벨 아래로 풀된다. 부스트 변환기(10)는 출력 전압(V_boost)을 감소시킴으로써 응답한다.

도 3은 피드백 신호(100)와 공급 전압(V_boost) 간의 관계를 도시한다. LED가 위에 설명된 것과 같은 상한선 및 하한선에 의해 정해진 헤드룸 범위 내에서 구동될 때, 피드백 신호는 공칭 임계 레벨(V₂₀)에 남을 것이고 공급 전압은 도시한 것과 같은 공칭 레벨에 남을 것이다. 피드백 신호(100)가 비교기에 의해 낮게 풀될 때, 전압 변환기는 공급 전압(V_boost)을 감소시킴으로써 응답한다. 비교기 출력이 피드백 신호(100)를 임계 레벨(V₂₀) 위로 푸시할 때, 전압 변환기는 공급 전압(V_boost)을 증가시킴으로써 응답한다.

다양한 LED들(20) 또는 세그먼트들(20)에 걸친 올바른 전류 분포는 부스트 전압(V_boost)의 어떤 하향 조정보다 우선순위가 높다. 위에 도 1에서 설명된 것과 같이, 다른 전류 소스들 중 하나 이상이 너무 많은 헤드룸을 가질 수 있지라도, 모니터링 배열(M)은 불충분한 헤드룸을 갖는 단일 전류 소스라도 증가된 출력 전압(V_boost)을 야기하는 것을 보장한다. 출력 전압(V_boost)이 최적 설정 주위에서 발진하는 상황을 피하기 위해, V_{ref_low}와 V_{ref_high} 사이의 차이가 증가될 수 있다. 이 차이는 프로그램가능한 설정에 의해 동작 중에 증가될 수 있다. 예를 들어, 이 차이는 상이한 비교기 출력들에서의 높은 및 낮은 레벨들의 어떤 동시 발생을 피하기 위해 V_{ref_high}를 증가시킴으로써 동적으로 증가될 수 있다.

도 4는 본 발명의 디바이스(4), 이 경우에 이동 전화(4)의 실시예를 도시한다. 이 도면은 세그먼트된 플래시(2)의 위치를 표시한다. 전압 변환기(10)가 또한 세그먼트된 플래시(2)의 LED들에 공급 전압(V_boost)을 제공하는 것으로, 표시된다. 본 발명의 구동기(1)의 실시예는 전압 변환기(10)에 피드백 신호(100)를 제공하는 것으로, 도시된다. 분리된 소자들을 사용하는 것에 대한 대안으로서, 세그먼트된 플래시(2)와 구동기(1)가 단일 모듈로서 실현될 수 있어서, 바람직하게 소형의 실현을 가능하게 한다. 예를 들어, 그것의 헤드룸 모니터링 배열(M1, ..., Mn)을 갖는 본 발명의 구동기(1)는 이동 전화 칩 셋의 전력 관리 집적 회로(PMIC) 내로 통합될 수 있다. ASIC 내에 헤드룸 전압 기준 레벨을 정하기 위해, 공지된 밴드갭 회로가 구현될 수 있다. 대안적으로, 하한 헤드룸 레벨(V_{ref_low})은 공지된 전류에 의해 구동되는 내부 기준 디바이스 양단의 강하에 따라 만들어질 수 있다.

도 5는 LED 어레이(2)와 관련하여 본 발명의 구동기(1)를 도시한 포괄적인 블록도를 도시한다. 구동기(1)는 다양한 기능적 모듈들, 즉: 배터리(5)에 의해 가동되고 LED 매트릭스(2)에 공급 전압(V_LED)을 제공하도록 실현된 전압 변환기(10); 전류 레귤레이션 배열(이 경우에 전류 싱크들(CS1, ..., CSn)의 배열); 적합한 인터페이스(12)를 통해 수신된 전류 설정 입력들(I_CS)에 따라 전류 싱크들(CS1, ..., CSn)을 통해 전류 레벨들을 설정하는 전류 제어 모듈(11); 및 드레인-소스 전류(I_DS)를 모니터하는 헤드룸 모니터링 배열(M)을 포함한다.

위에 도 1에서 설명된 헤드룸의 직접 모니터링을 구현하는 실시예로서 실현될 때, 전압 변환기(10)는 공급 전압(V_LED)(도 1의 공급 전압(V_boost))을 갖는 부스트 변환기이고, 헤드룸 모니터링 배열(M)은 각각의 LED(20)의 관련 전극에 접속된 비교기들(M1 ..., Mn), 및 전류 제어 모듈(11)을 사용하여 실현된다.

헤드룸의 간접 모니터링을 구현하는 대안적 실현에서, 전류 레귤레이터들은 MOSFET들을 포함할 수 있고, 헤드룸 모니터링 배열(M)의 실현은 (확립된 용어 및 약자들을 사용하는) 여기에 도시한 것과 같은 상수(I_DS)에 대한 MOSFET의 V_GS-V_DS 의존성에 기초할 수 있다. 전류 레벨들(I_CS, I_DS)은 적합한 버스 인터페이스들을 통해 통신된다.

한 실현에서, MOSFET의 제어 전압(V_GS)이 (그것의 출력 전압(V_DS)을 모니터하는 대신에) 모니터될 수 있고 변환기(10)로부터의 공급 전압(V_LED)은 MOSFET의 게이트-소스 전압(V_GS)이 미리 정해진 상한 임계 위로 증가하지 않도록 레귤레이트된다.

헤드룸 모니터(M)는 MOSFET 드레인-소스 전류들을 측정하기 위해 아날로그-디지털 변환기를 갖는 마이크로컨트롤러를 구현할 수 있다. 피드백 루프는 전류 레귤레이터들에 대한 헤드룸을 올바른 동작 영역 내에 유지하기 위해 사용된다. 간접 모니터링 실시예로서 구현은 또한 전류를 디지털화하는 부분적으로 디지털인, 아날로그-디지털 변환기 및 능동 디바이스들을 위한 아날로그 제어 전압들을 발생시키는 디지털-아날로그 변환기 또는 펄스-폭 변조기(PWM) 변조기이다. PWM 듀티 사이클이 소정의 상한선을 넘어 증가하면, 공급 전압(V_LED)은 증가될 것이다. 유사하게, PWM 듀티 사이클이 소정의 하한선 아래로 감소하면, 공급 전압(V_LED)은 감소될 것이다. 이 실시예에서, 전류 싱크들의 전압 헤드룸은 PWM 듀티 사이클의 상한선 및 하한선에 의해 나타내진다.

본 발명이 양호한 실시예들 및 그에 대한 변화들의 형태로 개시되었지만, 수많은 추가적인 수정들 및 변화들이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고서 그에 대해 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 본 발명의 아이디어는 전압 헤드룸의 상한선 및 하한선에 대한 전류 소스들/싱크들 양단의 전압 강하를 계속 모니터함으로써 LED 어레이 공급 전압을 동적으로 제어하는 것이지만, 상한 헤드룸 기준 전압으로 제공하는 것이 가능하다. 대신에, 공급 전압을 LED 캐소드들에서 측정된 전압들이 하한 헤드룸 기준 전압에 대응하는 가장 낮은 값으로 계속 조정하는 것이 가능하다.

명료성을 위해, 본원 전체에 걸친 단수 표현은 복수를 배제하지 않고, "포함하는"은 다른 단계들 또는 요소들을 배제하지 않는다는 것을 이해하여야 한다. "유닛" 또는 "모듈"의 언급은 하나보다 많은 유닛 또는 모듈의 사용을 배제하지 않는다.

모니터링 배열 M
비교기들 M1, ..., Mn
비교기 출력 M_out_₁, ..., M_out__n
LED 어레이 2
LED 20
전압 변환기 10
피드백 신호 100
전류 제어 모듈 11
전류 제어 인터페이스 12
디바이스 4
전압 헤드룸 H
전압 헤드룸 하한선 V_{ref_low}
전압 헤드룸 상한선 V_{ref_high}
캐소드 전압 V_a, V_b, V_c
연산 증폭기 A1, A2
다이오드 D1, D2
구동 전압 V_LED, V_boost
임계 레벨 V₂₀
전류 싱크 CS1, ..., CSn

Claims (15)

1. 전류-구동 LED들(20)의 어레이(2)의 구동기(1)로서,
   상기 LED 어레이(2)에 공급 전압(V_boost, V_LED)을 발생시키고 피드백 신호(100)에 응답하여 상기 공급 전압(V_boost, V_LED)을 조정하도록 배열된 전압 변환기(10);
   상기 LED 어레이(2)의 상기 LED들(20)을 구동시키도록 배열된 다수의 전류 레귤레이터(CS1, ..., CSn); 및
   전압 헤드룸(H)에 대한 전류 레귤레이터 전압(V_CS1, ..., V_CSn)을 모니터하고 상기 헤드룸 모니터링 결과들에 기초하여 상기 피드백 신호(100)를 발생시키도록 적응된 모니터링 배열(M)을 포함하고, 상기 모니터링 배열(M)은 복수의 비교기(M1, ..., Mn)를 포함하고, 각각의 전류-구동 LED(20)의 전극은 또한 비교기(M1, ..., Mn)의 입력에 접속되고, 비교기(M1, ..., Mn)는 상기 LED 전극 전압(V_a, V_b, V_c)이 상기 전압 헤드룸(H)의 하한선을 정하는 제1 입력 전압(V_{ref_low})보다 낮을 때 높은 비교기 출력(M_{out_1}, ..., M_{out_n})을 발생시키고, 상기 LED 전극 전압(V_a, V_b, V_c)이 상기 전압 헤드룸(H)의 상한선을 정하는 제2 입력 전압(V_{ref_high})보다 높을 때 낮은 비교기 출력(M_{out_1}, ..., M_{out_n})을 발생시키도록 실현되고, 상기 피드백 신호(100)는 번들된 비교기 출력들(M_{out_1}, ..., M_{out_n})을 포함하는, 구동기.
2. 제1항에 있어서, 전류 레귤레이터(CS1, ..., CSn)는 이미 상기 구동기 회로(1)의 부분인 제어된 능동 디바이스를 포함하는, 구동기.
3. 제2항에 있어서, 전류 레귤레이터(CS1, ..., CSn)는 바이폴라 트랜지스터 또는 MOSFET를 포함하는, 구동기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 비교기(M1, ..., Mn)는 LED(20)와 상기 피드백 신호(100) 사이에 접속된 윈도우 비교기로서 실현되고, 각각의 LED(20)의 상기 캐소드는 상기 비교기(M1, ..., Mn)의 상기 입력들에 접속되는, 구동기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 비교기(M1, ..., Mn)는
   제1 연산 증폭기(A1) 및 상기 제1 연산 증폭기(A1)의 출력과 상기 비교기 출력(M_{out_1}, ..., M_{out_n}) 사이에 순방향으로 접속된 제1 다이오드(D1); 및
   제2 연산 증폭기(A2) 및 상기 제2 연산 증폭기(A2)의 출력과 상기 비교기 출력(M_{out_1}, ..., M_{out_n}) 사이에 역방향으로 접속된 제2 다이오드(D2)를 포함하는, 구동기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 연산 증폭기들(A1, A2)의 반전 입력들은 LED(20)의 전극에 접속되고;
   상기 제1 연산 증폭기(A1)의 비반전 입력은 상기 제1 입력 전압(V_{ref_low})에 접속되고;
   상기 제2 연산 증폭기(A2)의 비반전 입력은 상기 제2 입력 전압(V_{ref_high})에 접속되는, 구동기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 LED(20)의 전극은 전용 전류 레귤레이터(CS1, ..., CSn)에 접속되는, 구동기.
8. 디바이스(4)로서,
   복수의 LED(20)를 포함하는 LED 어레이(2);
   상기 LED들(20)을 구동시키도록 배열된, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 구동기
   를 포함하는, 디바이스(4).
9. 제8항에 있어서, 상기 LED 어레이(2)는 적어도 9개의 LED들(20)을 포함하는 세그먼트된 플래시(2)로서 실현되는, 디바이스.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 이동 전화(4)로서 실현되는, 디바이스.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전압 변환기(10)는 부스트 변환기, 벅 변환기, 또는 벅-부스트 변환기 중 어느 것으로서 실현되는, 디바이스.
12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 LED 어레이(2)의 LED(20)를 통해 상기 전류를 제어하도록 각각 구성된, 복수의 전류 레귤레이터(CS1, ..., CSn)를 포함하고, 각각의 LED(20)의 전극은 전류 레귤레이터(CS1, ..., CSn)에 접속되는, 디바이스.
13. LED 어레이(2)를 구동시키는 방법으로서, 상기 방법은
    상기 LED 어레이(2)의 LED들(20)을 위한 공급 전압(V_boost, V_LED)을 발생시키고 피드백 신호(100)에 응답하여 상기 공급 전압(V_boost, V_LED)을 조정하도록 전압 변환기(10)를 구성하는 단계;
    상기 LED 어레이(2)의 상기 LED들(20)을 구동시키기 위해 다수의 전류 레귤레이터(CS1, ..., CSn)를 제공하는 단계; 및
    전압 헤드룸(H)에 대한 전류 레귤레이터 전압(V_CS1, ..., V_CSn)을 모니터하고 상기 헤드룸 모니터링 결과들에 기초하여 상기 피드백 신호(100)를 발생시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 피드백 신호(100)가 임계 레벨(V₂₀)보다 높을 때 상기 공급 전압(V_boost)을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 피드백 신호(100)가 임계 레벨(V₂₀)보다 낮을 때 상기 공급 전압(V_boost)을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.

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