KR20240068687A - Led 스위칭 전원 공급 장치 - Google Patents

Led 스위칭 전원 공급 장치 Download PDF

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KR20240068687A
KR20240068687A KR1020247012337A KR20247012337A KR20240068687A KR 20240068687 A KR20240068687 A KR 20240068687A KR 1020247012337 A KR1020247012337 A KR 1020247012337A KR 20247012337 A KR20247012337 A KR 20247012337A KR 20240068687 A KR20240068687 A KR 20240068687A
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diode
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KR1020247012337A
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제수스 메드라노
아드리안 로페즈
아투로 로메로
지오르기나 가르시아
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아뎀코, 인크.
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Abstract

LED 드라이버에는 주 전원, 컨트롤러에 연결된 트랜지스터, 인덕터, 다이오드 및 커패시터를 포함한다. 인덕터는 제1 단에서 다이오드에 연결되고 제2 단에서 주 전원 및 커패시터에 연결된다. 다이오드는 또한 커패시터에 연결된다. 컨트롤러는 트랜지스터를 활성 상태와 비활성 상태 간에 전환하도록 구성된다. 트랜지스터가 활성 상태일 때 인덕터는 주 전원에 의해 충전된다. 트랜지스터가 비활성 상태일 때 인덕터는 커패시터 전류가 다이오드 전류보다 커질 때까지 다이오드를 통해 커패시터를 충전한다. 이 시점에서 커패시터의 전압은 주전원의 전압과 직렬로 연결되고, 이들 전압의 합이 커패시터에 연결된 LED에 전원을 공급한다.

Description

LED 스위칭 전원 공급 장치
발광 다이오드(LED)는 백라이트, 램프 및 기타 조명 애플리케이션을 포함한 조명과 관련된 다양한 애플리케이션에 사용된다.
LED에 전원을 공급하기 위해 LED 회로/LED 드라이버가 사용되는데, 이 드라이버는 원하는 밝기로 LED를 밝히기에 충분한 전류를 제공하면서도 LED의 손상을 방지하기 위해 전류를 제한한다. 일부 기본 애플리케이션에서는 단일 직렬 저항기와 같은 간단한 회로를 사용하여 LED에 전원을 공급할 수 있다. 그러나 단순한 LED 드라이버는 효율성이 떨어지기 때문에 LED가 조명에 사용하는 대신 더 많은 에너지가 열의 형태로 낭비되는 경우가 많다. 고전력 LED 및 디밍(dimming) 가능 LED와 같은 더 복잡한 애플리케이션에서는 더 복잡한 회로가 필요하다. 비록 복잡한 LED 드라이버는 집적 회로(IC)를 사용함을 포함할 수 있으나, 덜 복잡한 LED 드라이버에 비해 비용이 증가할 수 있다. 또한 더 복잡한 LED 드라이버는 다양한 애플리케이션에 적용할 수 있는 기능이 제한될 수 있다.
본 발명 개시는 일반적으로 LED 스위칭 전원 공급 장치 실시예들 및 관련 방법들을 설명한다. 특히, 본 발명 개시에 개시된 실시예들은, 예를 들어, 저비용 및 전력 효율적인 회로를 사용하여 하나 이상의 LED를 구동할 수 있다.
본 발명 개시의 일 특징에서, 하나 이상의 LED를 구동하기 위한 LED 드라이버가 개시된다. LED 드라이버는 주 전원과 컨트롤러에 전기적으로 연결된 트랜지스터를 포함한다. 컨트롤러는 트랜지스터를 활성 상태와 비활성 상태 사이에서 전환하도록 구성된다. LED 드라이버는 또한 트랜지스터에 전기적으로 연결된 인덕터와 제1 단부에서 다이오드를 더욱 포함하고, 제2 단부에서 주 전원과 커패시터에 전기적으로 연결된 다이오드를 더욱 포함한다. 다이오드는 또한 커패시터에 전기적으로 연결된다. 실시 예에서, LED 드라이버의 트랜지스터가 활성 상태에 있을 때, 인덕터는 주 전원에 의해 충전된다. 또한, 실시 예에서, LED 드라이버의 트랜지스터가 비활성 상태일 때, 인덕터는 커패시터 전류가 다이오드 전류보다 커질 때까지 다이오드를 통해 커패시터를 충전한다. 이때, 커패시터의 전압은 주 전원의 전압과 직렬로 연결되고, 이들 전압의 합은 커패시터에 전기적으로 연결된 LED에 전력을 공급한다.
LED 드라이버의 다른 실시예에서, 트랜지스터, 인덕터 및 커패시터는 개별 구성요소이다.
LED 드라이버의 또 다른 실시예에서, LED 드라이버는 트랜지스터가 활성 상태에 있을 때 주 전원으로부터 인출되는 전류를 제한하도록 구성된 트랜지스터에 전기적으로 직렬 연결된 저항기를 포함한다.
LED 드라이버의 또 다른 실시예에서, LED 드라이버는 LED를 통해 커패시터에 전기적으로 직렬 연결된 제2 저항기를 포함하며, 트랜지스터가 비활성 상태에 있고 커패시터 및 주 전원이 LED에 전원을 공급할 때, LED를 통해 흐르는 전류를 제한하도록 구성된다.
LED 드라이버의 또 다른 실시예에서, 컨트롤러는 트랜지스터를 활성 상태와 비활성 상태 사이에서 전환하기 위해 트랜지스터에 펄스 폭 변조 신호를 전송하도록 구성된다.
LED 드라이버의 또 다른 실시예에서, 트랜지스터는 베이스, 콜렉터 및 이미터를 포함하고, 인덕터 및 다이오드가 콜렉터에 전기적으로 연결되고 컨트롤러가 베이스에 전기적으로 연결되는 바이폴라 접합 트랜지스터이다.
LED 드라이버의 또 다른 실시예에서, 인덕터는 고주파 인덕터이다.
LED 드라이버의 또 다른 실시예에서, 커패시터 및 주 전원은 다수의 LED에 전원을 공급한다.
본 발명 개시의 다른 특징에 따라, 개별 LED 드라이버가 개시된다. 개별 LED 드라이버는 전원 및 트랜지스터 제1 노드에 전기적으로 연결된 컨트롤러를 포함한다. 실시 예에서, 컨트롤러는 트랜지스터를 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하도록 구성된다. 개별 LED 드라이버는 트랜지스터 제2 노드에 전기적으로 연결된 하나 이상의 인덕터와 트랜지스터 제2 노드에 전기적으로 연결된 다이오드를 더욱 포함한다. 개별 LED 드라이버는 또한 하나 이상의 인덕터에 전기적으로 병렬 연결된 하나 이상의 커패시터를 포함하며, 하나 이상의 커패시터가 다이오드를 통해 트랜지스터 제2 노드에 전기적으로 연결된다. 실시예에서, 트랜지스터가 제 1 상태에 있을 때, 전원은 하나 이상의 인덕터를 충전한다. 또한, 실시예에서, 트랜지스터가 제2 상태에 있을 때, 하나 이상의 인덕터가 하나 이상의 커패시터의 전류가 다이오드 전류보다 클 때까지 다이오드를 통해 하나 이상의 커패시터를 충전한다. 이러한 시점에서, 하나 이상의 커패시터의 전압은 전원의 전압과 직렬로 연결되고, 이들 전압의 합이 LED에 전원을 공급한다.
개별 LED 드라이버의 또 다른 실시예에서, 제1 상태는 활성 상태이고, 제2 상태는 비활성 상태이다. 실시예에서, 활성 상태는 하나 이상의 인덕터를 통해 전원과 접지 사이의 회로를 완성한다. 또한, 실시예에서, 비활성 상태는 전원과 접지 사이의 회로를 단절한다.
개별 LED 드라이버의 다른 실시예에서, 개별 LED 드라이버는 트랜지스터 제3 노드에 전기적으로 연결된 하나 이상의 저항기를 포함하며, 하나 이상의 저항기가 트랜지스터가 활성 상태에 있을 때 전원으로부터의 전류를 제한하도록 구성된다.
개별 LED 드라이버의 다른 실시예에서, 트랜지스터는 베이스, 콜렉터 및 이미터를 포함하는 바이폴라 접합 트랜지스터로서, 제1 노드는 베이스이고, 제2 노드는 콜렉터이며, 제3 노드는 이미터이다.
개별 LED 드라이버의 다른 실시예에서, 컨트롤러는 펄스 폭 변조 신호를 사용하여 트랜지스터를 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하도록 한다.
개별 LED 드라이버의 다른 실시예에서, 다이오드는 쇼트키 다이오드이다.
본 발명 개시의 또 다른 특징에서, 하나 이상의 LED에 전원을 제공하는 방법이 개시된다. 이 방법은 트랜지스터를 활성화하기 위해 트랜지스터에 PWM 신호를 제공하는 단계를 포함한다. 실시예에서, 트랜지스터가 활성화되면, 트랜지스터 및 전원과 직렬로 연결된 인덕터가 전원에 의해 충전된다. 이 방법은 트랜지스터를 비활성화하기 위해 트랜지스터에 PWM 신호를 제공하는 단계를 더욱 포함한다. 실시 예에서, 트랜지스터가 비활성화되면, 인덕터는 커패시터와 직렬로 연결되고 다이오드를 통해 커패시터를 충전한다. 또한, 실시예에서, 트랜지스터가 비활성화되면, 커패시터를 가로지르는 전압이 전원과 직렬로 연결되고 하나 이상의 LED로 방전되며, 커패시터를 가로지르는 전압이 전원에 의해 제공되는 전압으로 더해진다.
다른 실시예에서, 이 방법은 또한 트랜지스터가 활성화될 때, 제1 제한 저항기를 사용하여 전원으로부터 인덕터에 제공되는 전류를 제한함을 포함한다.
다른 실시예에서, 이 방법은 또한 트랜지스터가 비활성화될 때, 제2 제한 저항기를 사용하여 커패시터 및 전원으로부터 하나 이상의 LED에 제공되는 전류를 제한함을 포함한다.
다른 실시예에서, 이 방법은 또한 하나 이상의 LED에 제공된 출력 전압을 조정하기 위해 PWM 신호를 사용하여 트랜지스터의 듀티 사이클을 조정함을 포함한다.
다음 도면들은 본 발명의 특정 실시예를 예시하는 것이므로, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 도면은 (특별한 언급이 없는 한) 반드시 축척에 따른 된 것은 아니며, 다음의 상세한 설명의 설명과 함께 사용하기 위한 것이다. 이하, 본 발명의 실시예는 첨부된 도면과 함께 설명될 것이며, 여기서 동일한 숫자는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명 개시의 일 특징에 따른 일 실시예의 LED 스위칭 전원 공급 장치의 개략도이다.
도 2a - 도 2d는 본 발명 개시의 일 특징에 따른 LED 스위칭 전원 공급 장치의 예시적인 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명 개시의 일 특징에 따른 LED 스위칭 전원 공급 장치의 예시적인 동작의 흐름도이다.
다음의 상세한 설명은 본질적으로 예시적인 것이며, 본 발명의 범위, 적용 가능성 또는 구성을 어떠한 방식으로든 제한하려는 의도가 아니다. 오히려, 다음의 설명은 본 발명의 다양한 실시예를 구현하기 위한 몇 가지 실용적인 예시를 제공한다. 당업자들은 언급된 실시예들 중 다수가 다양한 적절한 대안을 가지고 있음을 인식할 것이다.
도 1는 본 발명 개시의 일 특징에 따른 예시적인 LED 스위칭 전원 공급 장치(100)의 개략도이다. 스위칭 전원 공급 장치(100)라고도 하는 LED 스위칭 전원 공급 장치(100)는 하나 이상의 LED에 전원을 공급하기 위해 전류를 관리할 수 있는 LED 드라이버의 일종이다. 스위칭 전원 공급 장치(100)는 전원(102)에 의해 구동되며 커패시터, 인덕터, 저항기, 다이오드 및 트랜지스터(예: 트랜지스터 104)와 같은 다양한 부품을 포함한다. 스위칭 전원 공급 장치(100)는 또한 스위칭 전원 공급 장치의 스위칭 측면을 제어하기 위해 트랜지스터(104)를 제어하도록 구성될 수 있는 컨트롤러(106)를 포함한다. 동작 시, 전원(102) 및 커패시터(들)에 저장된 전압은 LED의 특징(예컨대, 밝기)을 조정하기 위해 스위칭 전원 공급을 제어하도록 구성된 컨트롤러(106)를 갖는 스위칭 전원 공급 장치(100)를 통해 LED, LED1 및 LED2에 전원을 공급한다.
전원(102)은 전기 그리드 및/또는 배터리에 의해 제공되는 벽 전원을 포함하는 임의의 유형의 전원이 될 수 있다. 일부 예들에서, 전원(102)은 벽 전원을 사용할 수 없는 경우, 벽 전력에 대한 백업으로서 배터리 전원을 사용하여 직류 전압으로 정류된 전기 그리드로부터의 벽 전력이다. 전원(102)은 전류 및 전압의 형태로 전력을 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 전원(102)은 실질적으로 동일한 전압을 제공하며 전류는 부하에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 전원(102)은 완전 충전 시 1.5V의 전압을 가지며 시간이 경과함에 따라 방전됨에 따라 약간 감소하는 하나 이상의 배터리(예를 들면, AA, AAA)일 수 있다. 일부 예들에서, 전원은 실질적으로 동일한 전류를 제공하며, 전압은 부하에 따라 달라질 수 있다. 일부 예들에서, 전원(102)은 전압 및/또는 전류를 원하는 레벨로 조정할 수 있는 회로를 포함할 수 있다. 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 다른 전원이 고려될 수 있음을 이해할 것이며, 본 발명 개시는 열거된 전원의 예들에 한정되지 않는다.
도 1을 계속 참조하면, 스위칭 전원 공급 장치(100)는 트랜지스터(104) 및 트랜지스터(104)에 전기적으로 연결되고 트랜지스터를 제어하도록 구성되는 컨트롤러(106)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)가 사용되며, 이는 콜렉터(C), 베이스(B) 및 이미터(E)를 포함하고, 컨트롤러(106)가 BJT의 베이스에 전기적으로 연결된다. 일부 예들에서, 베이스는 트랜지스터(104)의 제1 노드일 수 있고, 콜렉터는 제2 노드일 수 있으며, 이미터는 제3 노드일 수 있다. 이러한 일부 예에서, 컨트롤러는 트랜지스터의 제 1 노드에 연결된다. 그러나 전계 효과 트랜지스터(FET)와 같은 다른 트랜지스터도 사용될 수 있으며 다른 노드를 포함할 수 있다. 작동 시 트랜지스터(104)는 온/활성 상태와 오프/비활성 상태를 갖는 스위치 역할을 한다. 온/활성 상태에서는 전류가 트랜지스터(104)를 통해 흐를 수 있고, 오프/비활성 상태에서는 전류가 트랜지스터(104)를 통해 흐르지 않도록 차단된다.
컨트롤러(106)는 트랜지스터(104)에 신호를 제공함으로써 트랜지스터(104)가 온/활성 상태인지 또는 오프/비활성 상태인지 여부를 제어한다. 일부 예들에서, 컨트롤러는 트랜지스터(104)의 상태를 전환하기 위해 트랜지스터에 디지털 신호를 제공한다. 일부 예들에서, 컨트롤러(106)는 트랜지스터(104)의 듀티 사이클을 제어하기 위해 트랜지스터(104)에 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 제공한다. 컨트롤러(106)는 트랜지스터를 스위칭하기 위한 임의의 주파수를 갖도록 PWM 신호를 조정할 수 있다. 이는 본원 명세서의 다른 부분에서 논의되는 바와 같이 스위칭 전원 공급 장치의 동작을 조정할 수 있다. 일부 예들에서, 컨트롤러는 PWM 신호를 조정하기 위해 사용자에 의해 직접 또는 간접적으로 제어될 수 있다.
또한, 도 1에서, 스위칭 전원 공급 장치(100)는 다이오드(D1), 인덕터(L1), 서로 병렬로 연결된 커패시터(C1, C2, C3), 및 저항기 Rlim1 및 Rlim2를 포함하는 전기 부품들을 포함한다. 이러한 구성 요소는 IC의 일부가 아닌 개별 구성 요소인 개별 구성 요소일 수 있다. 다이오드(D1)부터 시작하여, 다이오드(D1)는 임의의 유형의 다이오드일 수 있지만, 예시된 실시예에서 다이오드(D1)는 쇼트키 다이오드이다. 쇼트키 다이오드를 사용하면 스위칭 전원 공급 장치의 효율이 향상되므로 유리할 수 있다. 다이오드(D1)는 일측 단에서 컬렉터/세컨드 노드의 트랜지스터(104)에 전기적으로 연결된다. 다이오드(D1)는 타측 단에서 커패시터(C1, C2, C3)에 추가로 전기적으로 연결된다. 작동 시 다이오드는 트랜지스터(104) 및 인덕터(L1)에 연결된 단부에서 커패시터(C1, C2, C3)에 연결된 단부로 전류가 흐르도록 할 수 있다. 또한, 다이오드는 전류가 커패시터 C1, C2, C3)로부터 인덕터(L1)로 반대 방향으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
인덕터로 이동하여, 인덕터(L1)는 트랜지스터(104) 제1 단부에 전기적으로 연결된다. 예시된 실시예에서, 트랜지스터(104)의 컬렉터/제2 노드에 전기적 연결이 있다. 인덕터(L1)는 커패시터(C1, C2, C3) 제 2 단부 및 전원(102)에 추가로 전기적으로 연결된다. 도 1의 실시예에 도시된 바와 같이, 인덕터(L1)는 커패시터(C1, C2, C3)와 병렬로 연결되고 다이오드(D1)와 직렬로 연결된다. 작동 시, 인덕터(L1)는 예를 들어 전원(102)으로부터 제공되는 전기 에너지와 같은 자기장의 에너지를 수신하고 저장할 수 있다. 인덕터는 임의의 유형의 인덕터일 수 있으며 임의의 양의 인덕턴스를 더욱 가질 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 인덕터(L1)는 고주파 인덕터이다.
커패시터(C1, C2, C3)들로 이동하여, 커패시터들은 서로 전기적으로 병렬로 연결된다. 커패시터들은 더 나아가 전원(102), 인덕터(L1), 다이오드(D1) 및 LED, LED1 및 LED2에 전기적으로 연결된다. 작동 시, 커패시터(C1, C2, C3)들은 예를 들어 인덕터(L1)로부터 이들로 제공되는 전기 에너지와 같은 에너지를 전기장에서 수신하고 저장할 수 있다. 커패시터(C1, C2, C3)는 세라믹, 필름 및 전해질을 포함한 임의의 유형의 커패시터일 수 있으며 임의의 커패시턴스 값을 가질 수 있다. 또한 커패시터(C1, C2, C3)는 유형과 값 모두 서로 다를 수 있다. 예를 들어, C1는 10μF의 전해 커패시터일 수 있고 C2는 0.1μF의 세라믹 커패시터일 수 있다. 일부 예에서, 커패시터 C1, C2, C3 중 가장 큰 커패시터가 에너지의 주요 저장소인 반면, 더 작은 커패시터는 전압 신호의 노이즈를 줄일 수 있다. 일부 실시예에서, 도 1의 실시예에 도시된 바와 같이 복수의 커패시터 대신에 하나의 커패시터만이 사용된다. 서로 병렬로 연결된 임의의 수의 커패시터가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
저항기(Rlim1 및 Rlim2)로 이동하여, Rlim1은 이미터/제3 노드에서 트랜지스터(104)에 전기적으로 연결되고, 더 나아가 접지(GND)에 연결된다. 하지만 Rlim2는 LED2와 접지에 전기적으로 연결된다. LED 스위칭 전원 공급 장치(100)가 전원을 공급하는 LED의 수에 관계없이 Rlim2는 마지막 LED와 접지에 연결될 수 있다. 작동 시 저항기(Rlim1 및 Rlim2)는 연결된 회로에서 전류량을 제한할 수 있다. 예를 들어, Rlim1은 트랜지스터(104)가 켜져 있을 때 전원(102)에서 인덕터(L1)를 통해 흐르는 전류의 양을 제한할 수 있다. 또한 Rlim1는 BJT 트랜지스터의 콜렉터와 이미터 사이와 같이 트랜지스터를 통해 흐르는 전류를 제한할 수 있다. 이는 전원(102)의 전력 소비를 줄일 수 있으며, 이는 제한된 전원(예: 배터리)에서 유용할 수 있다. 또한 트랜지스터를 통과하는 전류를 제한하면 더 저렴한 트랜지스터를 사용할 수 있다. 또 다른 예로, Rlim2는 트랜지스터가 꺼져 있을 때 LED, LED1 및 LED2를 통해 흐르는 전류의 양을 제한할 수 있다. 저항기는 모든 유형의 저항기가 될 수 있으며 저항 값은 어떠한 가변 저항 값도 가질 수 있다. 일부 예에서 저항기의 저항 값은 가변 저항 값을 가질 수 있다. 일부 예에서는 저항기의 저항 값이 다른 구성 요소에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, Rlim2의 저항은 임의로 연결된 임의의 LED(예컨대, LED1 및 LED2)의 원하는 밝기에 기초하여 선택될 수 있다.
스위칭 전원 공급 장치(100)의 다양한 구성요소들 사이의 전기적 연결은, 연결에 대한 보다 명확한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 다이오드(D1), 인덕터(L1), 커패시터(C1, C2, C3), 트랜지스터(104), LED, LED1 및 LED2, 저항기(Rlim1, Rlim2)와 같은 구성요소들은 서로 직접 또는 간접적으로 전기적으로 연결된다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 인덕터(L1)는 커패시터(C1, C2, C3), 다이오드(D1) 및 LED(LED1 및 LED2)를 통해 저항기(Rlim2)에 간접적으로 전기적으로 연결된다.
도 2a - 도 2d로 이동하여, 도 2a - 도 2d는 본 발명 개시의 일 특징에 따른 LED 스위칭 전원 공급 장치(200)의 예시적인 동작을 설명하기 위한 개략도이다. 도 2a를 참조하면, 컨트롤러(206)는 트랜지스터(204)가 온/액티브 상태가 되도록 PWM 신호를 전송할 수 있다. 트랜지스터(204)가 온/활성 상태인 경우, 트랜지스터(204)를 통해 전원(202)(VCC)과 접지(GND) 사이의 회로가 완성된다. 점선 화살표로 표시된 것처럼 전원(202)으로부터의 전류는 인덕터(L1)을 통해 트랜지스터(204)를 거쳐 저항기(Rlim1)를 통해 최종적으로 접지(GND)로 흐른다. 트랜지스터가 온/활성 상태에 있는 동안 전원(202)은 인덕터(L1)에 전압의 전류 형태로 에너지를 제공한다. 인덕터(L1)는 전원(202)으로부터 에너지를 수신하고 수신된 에너지의 일정량을 자기장에 저장한다. 일부 예에서, 인덕터에 제공되는 전류는 저항기(Rlim1)에 의해 제한된다. 전류를 제한하면, 전원(202)의 부하를 감소시킬 수 있고, 전원(202)이 하나 이상의 배터리인 예들에서, 전원(202)의 수명을 증가시킬 수 있다.
도 2b로 이동하면, 컨트롤러(206)로부터 트랜지스터(204)로 전송된 PWM 신호에 의해 결정된 기간 후에, 트랜지스터(204)는 꺼지고 오프/비활성 상태가 될 수 있다. 오프/비활성 상태에서는 트랜지스터를 통해 전원(202)으로부터 접지로 전류가 흐르지 않으며, 전원(202)으로부터 트랜지스터를 통한 회로가 끊어진다. 그러나 전원(202)과 접지 사이에는 커패시터(C1, C2, C3), LED LED1, LED2, 저항기(Rlim2)를 통해 회로가 형성된다. 또한 이 시간 동안 인덕터(L1)에 저장된 에너지가 방출될 수 있다. 도 2b의 점선 화살표에서 볼 수 있듯이 인덕터(L1)에 저장된 에너지는 인덕터(L1)로부터 다이오드(D1)를 거쳐 커패시터(Cs)로 흐르는 전류의 형태로 방출된다. C3가 C2와 C1에 병렬로 연결되어 있으므로, 커패시터 C1과 C2에도 전류가 흐른다. 인덕터(L1)로부터의 전류 흐름, 따라서 인덕터(L1)의 저장된 에너지는 커패시터(C1, C2, C3)를 충전한다. 다이오드(D1)로 인해 전류가 인덕터(L1)로 역류하는 것을 방지하고 인덕터(L1)에 의해 방출된 에너지가 인덕터(L1)를 재충전하지 않는다. 또한 전류는 저항이 가장 적은 경로를 따르고 커패시터는 이상적으로 저항이 없으므로, 인덕터(L1)로부터 LED LED1 및 LED2 내로 전류가 흐르지 않는다. 도 2b의 실시예에서, 그리고 +/- 부호로 표시된 바와 같이, 커패시터(C1, C2, C3)는 전류가 이들을 충전하는 방향으로 이들을 가로질러 양 전압을 갖도록 충전된다.
도 2c로 이동하면, 커패시터(C1, C2, C3)들이 충분히 충전된 후에, 커패시터(C1, C2, C3)들의 저장 에너지 및 저장 에너지와 관련된 전류가 다이오드(D1)를 통해 흐르는 전류보다 커지게 된다. 이 시점에서 다이오드(D1)는 역방향 전류 흐름을 방지하는 다이오드로 인해 커패시터(C1, C2, C3)로부터 나오는 전류에 대해 개방 회로로서 작용한다. 도 2c에서 점선 화살표로 표시된 것처럼 커패시터가 충전 중일 때 도 2b의 전류 흐름과 반대로 전류가 커패시터(C1, C2, C3)로부터의 바깥쪽으로 흐른다. 또한 인덕터에 남아있는 에너지는 다이오드를 통해 방전되어 커패시터에 의해 방전된 에너지에 더해진다. 화살표로 표시된 것처럼 전류는 인덕터로부터 다이오드를 통해 계속 흐르지만, 전류가 커패시터를 충전하는 대신 커패시터(C1, C2, C3)로부터 외부로 흐르는 전류에 추가된다.
도 2d로 이동하여, 점선 화살표는 커패시터(C1, C2, C3) 방전에 따라 LED들 LED1 및 LED2를 통해 전원(202)과 접지 사이에서 완성된 회로의 전류 흐름을 나타낸다. 이 같은 전류 흐름은 제한 저항기(Rlim2)에 의해 제한될 수 있으며, 일부 예에서는 LED들 LED1 및 LED2의 밝기를 감소시킬 수 있다. 커패시터(C1, C2, C3)가 방전되면 이들은 전원(202) 및 LED들 LED1 및 LED2와 직렬로 연결된다. 상기와 같이 직렬로 연결되면, 커패시터(C1, C2, C3)의 전압이 전원(202)의 전압에 더해진다. 그 결과 전압의 합이 원하는 전류(예: 동작 전류)로 LED들 LED1 및 LED2를 구동하고 LED들에 전원을 공급하는 전압이다. LED 스위칭 전원 공급 장치(200)가 인덕터 및 커패시터 내에 에너지를 저장 및 방전함으로써 전원(202)으로부터 전압을 증폭시키기 때문에, 결과 전압의 합은 전원(202)이 자체적으로 공급할 수 있는 전압보다 더 크다.
커패시터(C1, C2, C3)들이 일정량 방전되면, 컨트롤러(206)는 트랜지스터(204)를 다시 온/활성 상태로 전환할 수 있고, 도 2a - 도 2d에 설명된 프로세스가 반복될 수 있다. 일부 예들에서, 커패시터(C1, C2, C3)은 트랜지스터(204)가 스위칭되기 전에 완전히 방전된다.
컨트롤러(206)는 도 2a - 도 2d에 설명된 프로세스를 제어하고, 특히 트랜지스터의 듀티 사이클을 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(206)는 트랜지스터(204)가 언제, 그리고 얼마나 오랫동안 온/활성 상태 또는 오프/비활성 상태에 있는지를 제어한다. 컨트롤러(206)는 트랜지스터(204)를 온/활성 상태로 전환하는 "하이" 상태로부터 트랜지스터(204)를 오프/비활성 상태로 전환하는 "로우" 상태로 전환할 수 있는 PWM 신호를 사용하여 트랜지스터의 듀티 사이클을 제어할 수 있다. 컨트롤러(206)는 PWM 신호가 "하이" 상태에서 "로우" 상태로 전환되는 주파수 및 주기 그리고 PWM 신호가 "로우" 상태에서 "하이" 상태로 전환되는 주파수 및 주기를 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 "로우" 상태보다 오래 지속되는 "하이" 상태의 PWM 신호를 생성할 수 있다. 이렇게 하면 인덕터(L1)가 커패시터로 방전되는 데 걸리는 시간 그리고 커패시터가 LED로 방전되는 데 걸리는 시간보다 더 오랜 시간 동안 인덕터(L1)를 충전할 수 있다. 또 다른 예로, 컨트롤러는 '로우' 상태만큼 오래 지속되지 않는 '하이' 상태의 PWM 신호를 생성할 수 있다. 이렇게 하면 인덕터(L1)가 커패시터로 방전되는 시간 그리고 커패시터가 LED들로 방전되는 데 걸리는 시간보다 더 짧은 시간 동안 인덕터(L1)를 충전할 수 있다. 컨트롤러(206)는 PWM 신호의 주파수 및 주기를 조정하여 트랜지스터의 듀티 사이클을 조정함으로써, LED들 LED1 및 LED2에 적용되는 전체 전압을 조정할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 컨트롤러(206)는 완전히 충전된 전압에 비해 전압이 감소된 전원(202)을 보상하기 위해 PWM 신호를 조정할 수 있다. 이러한 조정은 전원(202)이 일부 전하를 잃었음에도 불구하고 연결된 LED(예컨대, LED1 및 LED2)의 적절한 동작을 보장할 수 있다.
도 2a - 도 2d와 관련하여 상기 설명한 LED 스위칭 전원 공급 장치의 설계는, 기존의 LED 전원/드라이버에 비해 특정 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 다른 스위칭 전원 공급 장치와 비교하여, 본 발명 개시의 LED 스위칭 전원 공급 장치는 예를 들어, 선택된 개별 부품들로 인해 더 낮은 발열과 더 높은 효율을 가질 수 있다. 또한, LED 스위칭 전원 공급 장치가 IC에 비해 개별 부품을 사용하기 때문에, LED를 구동하기 위한 회로의 비용이 더욱 저렴하다. 또한 개별 부품을 사용하면 보다 다양한 회로를 구성할 수 있다. 예를 들어, 인덕터(L1) 또는 전류 제한 저항기(Rlim2)와 같은 부품 하나를 교체하기만 하면 LED를 어둡게 하거나 단일 LED 대신 여러 개의 LED에 전원을 공급하는 등 LED 스위칭 전원 공급 장치의 작동을 조정할 수 있다. 이에 비해 IC 드라이버 회로는 다른 조건에 맞게 쉽게 수정할 수 없다. 다른 방법을 통해 디밍(dimming)을 할 수 있지만 하드웨어 디밍이 더 안정적일 수 있다.
도 3으로 이동하여, 도 3은 본 발명 개시의 일 특징에 따른 LED 스위칭 전원 공급 장치의 예시적인 동작의 흐름도이다. 단계(400)로부터, 트랜지스터는 초기에 전류가 흐르지 않는 '오프' 또는 비활성 상태에 있을 수 있다. 그런 다음, 단계(410)에서 컨트롤러는 트랜지스터에 PWM 신호를 제공하여 트랜지스터를 활성화할 수 있다. 활성화되면 트랜지스터는 이를 통해 전류가 흐르도록 허용한다. 트랜지스터가 활성화되어 있는 동안 트랜지스터를 사용하여 직렬로 전원에 연결된 인덕터가 충전되어 단계(420)에서와 같이 에너지를 저장한다.
컨트롤러에 의해 트랜지스터로 제공되는 PWM 신호에 의해 결정된 시간이 지나면, 컨트롤러는 단계(430)에서 PWM 신호로 트랜지스터를 비활성화할 수 있다. 트랜지스터가 비활성화인 시간 동안 인덕터는 커패시터에 직렬로 연결되고(트랜지스터가 활성화일 때 병렬로 연결되는 대신), 단계(440)에서와 같이 트랜지스터가 활성화일 때 처음에 저장했던 에너지로 커패시터를 충전한다. 다이오드를 사용하여 인덕터가 자체적으로 충전되는 것을 방지할 수 있다. 다음 단계(450)에서, 커패시터가 충분히 충전되면 다이오드가 개방 회로가 되므로 커패시터에서의 전압이 전원 전압과 직렬로 연결된다. 다이오드가 개방 회로가 되면, 다이오드는 인덕터의 역 충전을 방지한다. 단계(460)에서, 커패시터는 LED로 방전되는 전원과 직렬 연결된 LED로 방전된다. 커패시터와 전원은 함께 커패시터의 전압에 전원의 전압을 더한 부스트 전압을 LED에 제공한다. 상기 커패시터는 단계(470)에서와 같이 실질적으로 방전될 때까지 충전을 제공한다. 이 시점에서, 프로세스는 단계(410)와 함께 반복될 수 있다.
다양한 실시예들이 설명되었다. 이러한 실시예들은 비제한적이며, 본원 발명의 범위를 어떠한 방식으로도 정의하거나 제한하지 않는다.

Claims (20)

  1. 주 전원; 컨트롤러에 전기적으로 연결된 트랜지스터 - 상기 컨트롤러는 트랜지스터를 활성 상태와 비활성 상태 사이에서 전환하도록 구성됨; 그리고 트랜지스터에 전기적으로 연결된 인덕터와 제1 단부에서 다이오드를 포함하고, 제2 단부에서 주 전원과 커패시터에 전기적으로 더욱 연결되며, 상기 다이오드는 또한 커패시터에 전기적으로 연결되며; 트랜지스터가 활성 상태에 있을 때, 인덕터는 주 전원에 의해 충전되고; 트랜지스터가 비활성 상태일 때, 인덕터는 커패시터 전류가 다이오드 전류보다 커질 때까지 다이오드를 통해 커패시터를 충전하고, 이때, 커패시터의 전압은 주 전원의 전압과 직렬로 연결되고, 이들 전압의 합은 커패시터에 전기적으로 연결된 LED에 전력을 공급하도록 하는, LED 드라이버.
  2. 제1항에 있어서, 트랜지스터, 인덕터 및 커패시터가 개별 구성요소인, LED 드라이버.
  3. 제1항에 있어서, 트랜지스터가 활성 상태에 있을 때 주 전원으로부터 인출되는 전류를 제한하도록 구성된 트랜지스터에 전기적으로 직렬 연결되는 저항기를 더욱 포함하는, LED 드라이버.
  4. 제1항에 있어서, LED를 통해 커패시터에 전기적으로 직렬 연결된 제2 저항기를 더욱 포함하며, 트랜지스터가 비활성 상태에 있고 커패시터 및 주 전원이 LED에 전원을 공급할 때, LED를 통해 흐르는 전류를 제한하도록 구성되는, LED 드라이버.
  5. 제1항에 있어서, 컨트롤러는 트랜지스터를 활성 상태와 비활성 상태 사이에서 전환하기 위해 트랜지스터에 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 전송하도록 구성되는, LED 드라이버.
  6. 제5항에 있어서, 상기 컨트롤러가 상기 LED에 제공된 출력 전압을 조정하기 위해 PWM 신호의 듀티 사이클을 조정하도록 구성되는, LED 드라이버.
  7. 제6항에 있어서, 상기 PWM 듀티 사이클을 증가시킴이 상기 LED로 제공된 출력 전압을 증가시키는, LED 드라이버.
  8. 제1항에 있어서, 트랜지스터는 베이스, 콜렉터 및 이미터를 포함하고, 인덕터 및 다이오드가 콜렉터에 전기적으로 연결되고 컨트롤러가 베이스에 전기적으로 연결되는 바이폴라 접합 트랜지스터인, LED 드라이버.
  9. 제1항에 있어서, 상기 인덕터는 고주파 인덕터인, LED 드라이버.
  10. 제1항에 있어서, 상기 커패시터 및 주 전원은 복수의 LED에 전원을 공급하는, LED 드라이버.
  11. 전원; 트랜지스터 제1 노드에 전기적으로 연결된 컨트롤러 - 컨트롤러는 트랜지스터를 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하도록 구성됨-; 트랜지스터 제2 노드에 전기적으로 연결된 하나 이상의 인덕터; 트랜지스터 제2 노드에 전기적으로 연결된 다이오드; 하나 이상의 인덕터에 전기적으로 병렬 연결된 하나 이상의 커패시터 - 하나 이상의 커패시터가 다이오드를 통해 트랜지스터 제2 노드에 전기적으로 연결됨-를 포함하며, 트랜지스터가 제 1 상태에 있을 때, 전원은 하나 이상의 인덕터를 충전하고; 트랜지스터가 제2 상태에 있을 때, 하나 이상의 인덕터가 하나 이상의 커패시터의 전류가 다이오드 전류보다 클 때까지 다이오드를 통해 하나 이상의 커패시터를 충전하며; 이때 하나 이상의 커패시터의 전압은 전원의 전압과 직렬로 연결되고, 이들 전압의 합이 LED에 전원을 공급하는, 개별 LED 드라이버.
  12. 제11항에 있어서, 제1 상태는 활성 상태이고, 제2 상태는 비활성 상태이며, 활성 상태는 하나 이상의 인덕터를 통해 전원과 접지 사이의 회로를 완성하고, 비활성 상태는 전원과 접지 사이의 회로를 단절하는, 개별 LED 드라이버.
  13. 제12항에 있어서, 상기 트랜지스터 제3 노드에 전기적으로 연결된 하나 이상의 저항기를 더욱 포함하며, 상기 하나 이상의 저항기가 트랜지스터가 활성 상태에 있을 때 전원으로부터의 전류를 제한하도록 구성되는, 개별 LED 드라이버.
  14. 제13항에 있어서, 상기 트랜지스터는 베이스, 콜렉터 및 이미터를 포함하는 바이폴라 접합 트랜지스터이며, 제1 노드는 베이스이고, 제2 노드는 콜렉터이며, 제3 노드는 이미터인, 개별 LED 드라이버.
  15. 제11항에 있어서, 상기 컨트롤러는 펄스 폭 변조 신호를 사용하여 트랜지스터를 제1 상태와 제2 상태 사이에서 전환하도록 하는, 개별 LED 드라이버.
  16. 제11항에 있어서, 상기 다이오드는 쇼트키 다이오드인, 개별 LED 드라이버.
  17. 트랜지스터를 활성화하기 위해 트랜지스터에 PWM 신호를 제공하는 단계 - 상기 트랜지스터가 활성화되면, 트랜지스터 및 전원과 직렬로 연결된 인덕터가 전원에 의해 충전됨-; 트랜지스터를 비활성화하기 위해 트랜지스터에 PWM 신호를 제공하는 단계 - 상기 트랜지스터가 비활성화되면, 인덕터는 커패시터와 직렬로 연결되고 다이오드를 통해 커패시터를 충전함-; 그리고 커패시터를 가로지르는 전압이 전원과 직렬로 연결되고 하나 이상의 LED로 방전되며, 커패시터를 가로지르는 전압이 전원에 의해 제공되는 전압으로 더해지는 단계를 포함하는, 하나 이상의 LED에 전원을 제공하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 트랜지스터가 활성화될 때, 제1 제한 저항기를 사용하여 전원으로부터 인덕터에 제공되는 전류를 제한함을 더욱 포함하는, 하나 이상의 LED에 전원을 제공하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 트랜지스터가 비활성화될 때, 제2 제한 저항기를 사용하여 커패시터 및 전원으로부터 하나 이상의 LED에 제공되는 전류를 제한함을 더욱 포함하는, 하나 이상의 LED에 전원을 제공하는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 하나 이상의 LED에 제공된 출력 전압을 조정하기 위해 PWM 신호를 사용하여 트랜지스터의 듀티 사이클을 조정함을 더욱 포함하는, 하나 이상의 LED에 전원을 제공하는 방법.
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US8680783B2 (en) * 2011-08-10 2014-03-25 Cree, Inc. Bias voltage generation using a load in series with a switch
EP2648483B1 (en) * 2012-04-06 2019-08-07 Dialog Semiconductor GmbH Method of preventing spurious ringing during discontinuous conduction mode in inductive boost converters for white LED drivers
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