KR20240071287A - 결함 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

장치는 클램핑 회로의 출력에서 미리 결정된 전압을 제공하도록 구성된 클램핑 회로, 클램핑 회로의 출력과 결합된 클램핑 스위치, 및 클램핑 스위치와 제어기의 입출력 단자 사이에 연결된 패스 디바이스를 포함한다.

Description

결함 진단 장치 및 방법{FAULT DIAGNOSIS APPARATUS AND METHOD}
본 발명의 실시예들은 결함 진단 장치에 관한 것으로, 특히 발광 다이오드 시스템의 결함 진단 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 반도체 광원이다. LED에 전압이 가해지면 전류가 LED를 통해 흐른다. LED를 통해 흐르는 전류에 응답하여 전자들과 정공들은 다이오드의 PN 접합에서 재결합한다. 재결합 과정에서, 에너지는 광자들의 형태로 방출된다.
전형적인 LED 시스템은 복수의 LED 스트링(string)들을 포함한다. 각각의 LED 스트링은 전원과 접지 사이에 직렬로 연결된 전류 감지 저항, 복수의 발광 다이오드들, 및 전원 스위치를 포함한다. LED 시스템은 PWM 제어기를 더 포함한다. 동작 시, PWM 제어기는 시스템 제어기(예를 들어, 마이크로컨트롤러)에 의해 생성된 PWM 신호 및 전류 감지 저항 양단의 전압을 수신하도록 구성된다. 수신된 신호들에 기반하여, PWM 제어기는 전원 스위치의 게이트에 인가되는 게이트 구동 신호를 생성하도록 구성된다. 게이트 구동 신호는 복수의 발광 다이오드들을 통해 흐르는 평균 전류가 상이한 동작 요건들에 기반하여 조정 가능하도록 제어된다. LED 평균 전류를 제어하는 과정을 종종 디밍(dimming)이라고 한다.
펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM)는 마이크로컨트롤러들과 같은 디지털 디바이스들로부터 아날로그 신호들을 생성하는, 일반적으로 사용되는 제어 기술이다. 전형적인 PWM 제어기 시스템에서, 마이크로컨트롤러는 하나 이상의 프로토콜들에서 반도체 집적 회로들(예를 들어, PWM 제어기)과 통신 및/또는 인터페이스한다. LED 시스템은 또한 일반적으로 하드웨어 결함 탐지 메커니즘을 포함한다. 결함이 탐지되면, PWM 제어기는 다양한 통신 방법들을 통하여 마이크로컨트롤러에 결함을 보고한다. 가장 간단한 통신 방법은 마이크로컨트롤러와 PWM 제어기가 단일 와이어를 통해 정보를 교환하는 단일 와이어 통신이다. 단일 와이어 통신은 마이크로컨트롤러가 PWM 제어기에 명령들을 송신하고 PWM 제어기가 명령들을 실행하는 단방향 통신 시스템으로 분류할 수 있다. 다른 통신 방법은 마이크로컨트롤러 및 PWM 제어기가 모두 명령들을 송신하고 수신할 수 있는 양방향 통신 시스템을 기반으로 한다. 양방향 통신 시스템은 I2C, SPI, UART, 이들의 조합들과 같은 적절한 프로토콜들을 사용하여 얻을 수 있다. 일부 응용분야들에서는, 결함 플래그 핀(fault flag pin)이 또 다른 인기 있는 대안이다. 결함 플래그 핀은 PWM 제어기의 결함 상태를 표시하는 데 사용된다. 결함 플래그 핀에서 제공하는 결합 상태를 읽음으로써 마이크로컨트롤러는 LED 시스템에서 결함이 발생했는지 여부를 결정할 수 있다.
상술한 통신 방법들은 효과적이다. 그러나 이러한 통신 방법들의 구현은 복잡하고 비싼 시스템을 유발한다. 이러한 복잡하고 비싼 시스템은 설계 유연성 부족, 낮은 신뢰성 등과 같은 많은 단점들을 갖는다. 시스템 제어기가 LED 시스템의 결함 상태를 신뢰성 있게 판단할 수 있는 간단한 결함 진단 장치를 갖는 것이 바람직할 것이다. 본 개시는 LED 시스템의 결함 상태를 결정하기 위한 간단하고 비용 효율적인 장치를 설명한다.
LED 시스템에서의 결함 진단 장치 및 방법을 제공하는 본 개시의 바람직한 실시예들에 의해 이러한 문제 및 다른 문제들이 일반적으로 해결되거나 회피되고, 기술적 이점들이 일반적으로 달성된다.
실시예에 따르면, 장치는 클램핑 회로의 출력에서 미리 결정된 전압을 제공하도록 구성된 클램핑 회로, 클램핑 회로의 출력에 결합된 클램핑 스위치, 및 클램핑 스위치와 제어기의 입출력 단자 사이에 연결된 패스 디바이스를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 방법은 발광 다이오드(LED) 시스템의 제어기의 PWM 단자에 공급되는 PWM 신호를 생성하도록 마이크로컨트롤러를 구성하는 단계, LED 시스템의 결함 이벤트를 탐지하는 단계, 및 LED 시스템의 결함 이벤트에 응답하여 클램핑 장치를 통해 PWM 신호의 로직 하이 전압(a logic high voltage)을 미리 결정된 레벨로 클램핑하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 시스템은 입력 전압 버스와 전원 스위치 사이에 직렬로 연결된 복수의 발광 다이오드들, 전원 스위치의 게이트에 공급되는 게이트 구동 신호를 생성하도록 구성된 PWM 제어기, 및 PWM 제어기의 PWM 단자에 결합된 결함 진단 회로를 포함하고, 결함 진단 회로는 클램핑 회로의 출력에서 미리 결정된 전압을 제공하도록 구성된 클램핑 회로, 클램핑 회로의 출력에 결합된 클램핑 스위치, 및 클램핑 스위치와 PWM 제어기의 입출력 단자 사이에 연결된 패스 디바이스를 포함한다.
전술한 내용은 뒤따르는 본 개시의 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있도록 본 발명의 특징들 및 기술적 이점들을 다소 광범위하게 약술하였다. 본 개시의 청구범위의 주제를 형성하는 본 개시의 추가적인 특징들 및 이점들이 이하에서 설명될 것이다. 당업자는 개시된 개념 및 특정 실시예는 본 개시의 동일한 목적들을 수행하기 위한 다른 구조들 또는 과정들을 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 용이하게 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 또한 당업자는 그러한 등가 구성들이 첨부된 청구범위에 기재된 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않는다는 것을 인식해야 한다.
본 개시 및 그 이점들의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면들과 함께 이하의 기술들을 참조한다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 발광 다이오드 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 1에 도시된 결함 진단 장치의 제1 구현의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 결함 진단 장치가 제1 제어 메커니즘 하에서 동작하도록 구성될 때의 도 2에 도시된 결함 진단 장치와 연관된 두 신호들을 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 결함 진단 장치가 제2 제어 메커니즘 하에서 동작하도록 구성될 때의 도 2에 도시된 결함 진단 장치와 연관된 두 신호들을 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 2에 도시된 패스 디바이스의 제1 구현을 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 2에 도시된 패스 디바이스의 제2 구현을 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 2에 도시된 패스 디바이스의 제3 구현을 도시한다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 2에 도시된 패스 디바이스의 제4구현을 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 1에 도시된 결함 진단 장치의 제2 구현의 개략도를 도시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 기준 전압을 조정하는 제어 회로의 개략도를 도시한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 게이트 구동 전압을 조정하는 제어 회로의 개략도를 도시한다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 기준 전압과 게이트 구동 전압을 둘 다 조정하는 제어 회로의 개략도를 도시한다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 1에 도시된 발광 다이오드 시스템을 제어하는 흐름도를 도시한다.
다른 도면들에서 대응하는 숫자들 및 기호들은 달리 나타내지 않는 한 일반적으로 대응하는 부분들을 지칭한다. 도면들은 다양한 실시예들의 관련 양태들을 명확하게 설명하기 위해 도시되며 반드시 일정한 비율로 그려지는 것은 아니다.
바람직한 실시예들의 제조 및 사용에 대해서 이하에서 상세히 논의한다. 그러나, 본 개시는 광범위한 특정 맥락들에서 구체화될 수 있는 많은 적용 가능한 발명적 개념들을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 논의된 특정 실시예들은 본 개시를 제조하고 사용하는 특정 방식들의 예시일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하지 않는다.
본 개시는 특정 맥락에서 바람직한 실시예들에 따른 LED 시스템의 결함 진단 장치에 대해 설명한다. 그러나, 본 개시는 또한 다양한 전자 시스템들에 적용될 수 있다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 발광 다이오드 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다. 복수의 발광 다이오드들(D1-DN), 전원 스위치(Q1), 및 전류 감지 저항(Rs)은 입력 전압 버스(VIN)와 접지 사이에 직렬로 연결된다. 도 1에 도시된 바와 같이, PWM 제어기(100)는 입력 전압 버스(VIN)에 연결된 바이어스 전압 단자(VCC), 시스템 제어기(150)에 의해 생성되는 PWM 신호를 수신하도록 구성된 PWM 단자, 접지에 연결된 접지 단자(GND), Rs와 Q1의 공통 노드에 연결된 피드백 단자(FB), 및 Q1의 게이트에 연결된 출력 단자(OUT)를 갖는다.
동작 시, PWM 제어기(100)는 복수의 발광 다이오드들(D1-DN)을 통해 흐르는 평균 전류를 제어하기 위해 Q1의 턴 온 및 턴 오프를 제어하는 게이트 구동 신호를 생성하도록 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 시스템은 PWM 단자와 접지 사이에 결합된 결함 진단 장치(200)를 더 포함한다. 동작 시, 결함 진단 장치(200)는 결함 상태 보고 디바이스처럼 기능한다. 보다 상세하게, 결함(예를 들어, 개방 부하 결함, 접지 측 단락 결함(a short-circuit to ground fault), VIN 측 단락 결함(a short-circuit to VIN fault), 써멀 셧다운(thermal shutdown) 등)이 발생한 경우 결함 진단 장치(200)는 시스템 제어기(150)가 로직 하이 전압 변경에 기반하여 LED 시스템의 결함 상태를 결정할 수 있도록 PWM 신호의 로직 하이 전압을 변경할 수 있다. 일부 실시예들에서, 결함이 발생하면, 결함 진단 장치(200)는 PWM 신호의 로직 하이 전압을 제1 로직 하이 전압(예를 들어, 4V)에서 제2 로직 하이 전압(예를 들어, 3V)으로 감소시킬 수 있다. 로직 하이 전압 변경에 응답하여, 시스템 제어기(150)는 LED 시스템에서 결함이 발생했음을 발견할 수 있다. 결함 진단 장치(200)의 상세한 구조 및 동작 원리는 도 2 내지 도 12를 참조하여 이하에서 설명한다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어기(150), 결함 진단 장치(200), 및 PWM 제어기(100)는 하나의 집적 회로에 통합된다. 대안적인 실시예들에서, 시스템 제어기(150), 결함 진단 장치(200), 및 PWM 제어기(100)는 3개의 개별 집적 회로들로 구현될 수 있다.
도 1에 도시된 발광 다이오드 시스템은 단지 예시에 불과하다는 점에 유의해야 한다. 상이한 응용 분야들 및 설계 요구 사항들에 따라, 시스템 구성이 달라질 수 있다. 예를 들어, 전류 감지 저항(Rs)은 복수의 발광 다이오드들과 전원 스위치(Q1) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 도 1은 하나의 LED 스트링을 갖는 발광 다이오드를 도시하지만, 발광 다이오드는 임의의 수의 LED 스트링들을 수용할 수 있다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어기(150)는 마이크로컨트롤러로서 구현된다. 대안적인 실시예들에서, 시스템 제어기(150)는 디지털 신호 처리(digital signal processing, DSP) 제어기들, 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(field-programmable gate array, FPGA) 프로세서들과 같은 임의의 적합한 프로세서들로서 구현될 수 있다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 1에 도시된 결함 진단 장치의 제1 구현의 개략도를 도시한다. 결함 진단 장치(200)는 결함 로직 유닛(202), 패스 디바이스(204), 클램핑 스위치(Q2), 및 클램핑 회로(206)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 패스 디바이스(204), 클램핑 스위치(Q2), 및 클램핑 회로(206)는 직렬로 연결된다. 보다 구체적으로, 패스 디바이스(204)는 집적 회로(예를 들어, 도 1에 도시된 PWM 제어기(100))의 입출력 단자(예를 들어, 도 1에 도시된 PWM 단자)와 클램핑 스위치(Q2) 사이에 연결된다. 클램핑 스위치(Q2)는 패스 디바이스(204)와 클램핑 회로(206)의 출력 사이에 결합된다. 클램핑 회로(206)는 클램핑 회로(206)의 출력에 미리 결정된 전압을 제공하도록 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 클램핑 회로(206)는 연산 증폭기(A1), 제1 저항(R1), 및 제2 저항(R2)을 포함한다. 연산 증폭기(A1)의 비반전 입력은 미리 결정된 기준(reference)(VREF)에 연결된다. 연산 증폭기(A1)의 반전 입력은 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 공통 노드에 연결된다. 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)은 연산 증폭기(A1)의 출력과 접지 사이에 직렬로 연결된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연산 증폭기(A1)의 출력은 클램핑 회로(206)의 출력이다.
결함 로직 유닛(202)은 클램핑 스위치(Q2)의 게이트에 연결되는 출력을 갖는다. 동작 시에, 결함 로직 유닛(202)은 개방 부하 결함, 접지 측 단락 결함, VIN 측 단락 결함, 및 써멀 셧다운과 같은 결함을 탐지하도록 구성된다. 탐지된 결함에 기반하여, 결함 로직 유닛(202)은 클램핑 스위치(Q2)를 턴 온하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 결함 로직 유닛(202)으로부터의 신호는 또한 연산 증폭기(A1)를 인에이블(enable)하는 데 사용될 수 있다.
동작 시에, 연산 증폭기(A1)가 인에이블되면, 연산 증폭기(A1)의 반전 입력에서의 전압은 VREF와 동일하다. 전압 분배기의 동작 원리에 따라, 연산 증폭기(A1)의 출력에서의 전압(V1)은 다음 식으로 나타낼 수 있다.
(1)
일부 실시예들에서, 클램핑 스위치(Q2)는 결함이 발생하면 완전히 턴 온 된다. 클램핑 스위치(Q2)가 완전히 턴 온 된 후, 도 2에 도시된 V2는 V1과 같다.
정상 동작에서, PWM 단자에 공급되는 PWM 신호는 로직 하이 전압(예를 들어, 4V)과 로직 로우 전압(a logic low voltage)(예를 들어, 0V)이다. 결함이 발생하면, 연산 증폭기(A1)는 인에이블되고, 클램핑 스위치(Q2)는 턴 온 된다. 노드(V2)의 전압은 식 (1)에서의 전압(V1)과 같다. 패스 디바이스(204)는 다이오드(예를 들어, 도 6에 도시된 D1)로서 구현될 수 있다. 로직 하이 전압이 PWM 단자 상에 있는 경우, 클램핑 회로(206), 클램핑 스위치(Q2), 및 패스 디바이스(204)는 PWM 단자의 로직 하이 전압이 미리 결정된 세트 포인트로 클램핑되도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 미리 결정된 세트 포인트는 노드(V2)에서의 전압에 패스 디바이스(204)의 다이오드의 순방향 전압 강하를 더한 값과 같다. 클램핑된 로직 하이 전압은 정상 동작에서의 로직 하이 전압보다 작다. 반면, 로직 로우 전압이 PWM 단자 상에 있는 경우, 로직 로우 전압은 노드에서의 전압(V2)보다 작다. 그 결과, 패스 디바이스(204)의 다이오드는 역방향 바이어스된다. 역방향 바이어스된 다이오드는 노드(V2)의 전압이 로직 로우 전압에 영향을 미치는 것을 방지한다.
정상 동작에서, 클램핑 스위치(Q2)는 결함 로직 유닛(202)에 의해 생성된 로우 게이트 전압에 의해 턴 오프 된다. 클램핑 스위치(Q2)가 턴 오프되기 때문에 클램핑 스위치(Q2)와 패스 디바이스(204)는 PWM 단자에 결합된 하이 임피던스 회로를 형성한다. 결함이 발생하면, 결함 로직 유닛(202)은 클램핑 스위치(Q2)를 턴 온 하기 위한 게이트 구동 신호를 생성한다. 클램핑 회로(206)는 노드(V1)에 미리 결정된 전압을 제공한다. 이에 더하여, 클램핑 회로(206)는 PWM 신호의 로직 하이 전압을 더 낮은 전압(예를 들어, 3V)으로 클램핑하기 위한 싱크(sink) 전류를 제공한다. 클램핑 과정 동안, 패스 디바이스(204)는 버퍼로서 기능한다. 이 버퍼는 클램핑 스위치(Q2)가 입출력 단자에서의 열악한 환경을 보지 않도록 격리(isolation)를 제공할 수 있다. 더욱이, PWM 신호가 로직 로우 상태일 때, 클램핑 스위치(Q2) 및/또는 패스 디바이스(204)는 클램핑 동작이 PWM 신호에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, PWM 제어기(100)는 PWM 신호의 로직 로우 상태를 신뢰성 있게 탐지할 수 있다. 즉, 결함 클램핑이 트리거된 경우에도 PWM 제어기(100)는 PWM 신호를 정확하게 수신할 수 있다.
동작에서, 동작 조건들은 상이한 응용 분야들에 따라 달라진다. 상이한 동작 조건들은 패스 디바이스(204) 양단에 상당한 전압 강하 차이를 야기할 수 있다. 이러한 상당한 전압 강하 차이는 시스템 제어기(150)가 결함이 발생했는지 여부를 결정하기 어렵게 한다. 일부 실시예들에서, 시스템 제어기(150)가 결함이 발생했는지 여부를 정확하게 결정하는 것을 돕기 위해 3가지 상이한 결함 진단 방법들이 사용된다.
제1 방법에서, 결함 이벤트 발생 후 PWM 신호의 로직 하이 전압이 감지된다. PWM 신호의 감지된 로직 하이 전압은 미리 결정된 레벨(예를 들어, 3V)과 비교된다. 미리 결정된 기준(VREF)은 비교 결과에 기반하여 조정된다. 예를 들어, PWM 신호의 감지된 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨보다 낮은 경우, 미리 결정된 기준(VREF)은 PWM 신호의 감지된 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨과 같아질 때까지 증가한다. 반대로, PWM 신호의 감지된 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨보다 높은 경우, 미리 결정된 기준(VREF)은 PWM 신호의 감지된 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨과 같아질 때까지 감소한다. 제1 방법을 사용하면, 다양한 동작 조건들에서 PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨과 같다. 미리 결정된 기준(VREF)을 조정하기 위한 제어 회로는 도 10과 관련하여 이하에서 설명된다.
제2 방법에서, 결함 이벤트 발생 후 PWM 신호의 로직 하이 전압이 감지된다. PWM 신호의 감지된 로직 하이 전압은 미리 결정된 레벨(예를 들어, 3V)과 비교된다. 클램핑 스위치(Q2)의 게이트 구동 전압은 비교 결과에 기반하여 조정된다. 예를 들어, PWM 신호의 감지된 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨보다 낮은 경우, 클램핑 스위치(Q2)의 게이트 구동 전압은 감소한다. 감소된 게이트 구동 전압은 클램핑 스위치(Q2) 양단에서 상당한 전압 강하를 발생시킨다. 이러한 클램핑 스위치(Q2) 양단에서의 상당한 전압 강하는 PWM 신호의 감지된 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨과 같아지는 것을 돕는다. 제2 방법을 사용하면, 다양한 동작 조건들에서 PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨과 같다. 게이트 구동 전압을 조정하기 위한 제어 회로는 도 11과 관련하여 이하에서 설명된다.
제3 방법에서, 결함 이벤트 발생 후 PWM 신호의 로직 하이 전압이 감지된다. PWM 신호의 감지된 로직 하이 전압은 미리 결정된 레벨(예를 들어, 3V)과 비교된다. PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨보다 낮은 경우, PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 정해진 레벨과 같아지도록 클램핑 스위치(Q2)의 게이트 구동 전압이 감소한다. 반대로, PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨보다 높은 경우, PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨과 같아지도록 미리 결정된 기준(VREF)이 감소한다. 제3 방법을 사용하면, 다양한 동작 조건들에서 PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨과 같다. 미리 결정된 기준(VREF) 및 게이트 구동 전압 모두를 조정하기 위한 제어 회로는 도 12와 관련하여 이하에서 설명된다.
일부 실시예들에서, 상이한 응용 분야들 및 설계 요구사항들에 따라, 클램핑 스위치(Q2)는 격리 스위치로 대체될 수 있다. 격리 스위치는 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터로 불리는 2개의 백투백(back-to-back)으로 연결된 트랜지스터들을 갖는다. 일부 실시예들에서, PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 기준보다 낮은 경우, PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨과 같아지도록 격리 스위치의 제1 트랜지스터의 게이트 구동 전압이 감소한다. 대안적인 실시예들에서, PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨보다 낮은 경우, PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨과 같아지도록 격리 스위치의 제2 트랜지스터의 게이트 구동 전압이 감소한다. 또한, PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨보다 낮은 경우, PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨과 같아지도록 제1 트랜지스터의 게이트 구동 전압 및 제2 트랜지스터의 게이트 구동 전압이 교대로 조정된다.
제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터의 게이트 구동 전압들을 교대로 조정하는 것의 한가지 유리한 특징은 전력 소모가 2개의 트랜지스터들에 고르게 분포될 수 있다는 것이다.
도 3은 결함 진단 장치가 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 제1 제어 메커니즘 하에서 동작하도록 구성될 때 도 2에 도시된 결함 진단 장치와 관련된 2개의 신호들을 도시한다. 가로 축은 시간 간격들을 나타낸다. 2개의 행들이 있다. 제1 행은 PWM 신호를 나타낸다. 제2 행은 결함이 발생하였을 때 생성되는 결함 신호를 나타낸다.
제1 제어 메커니즘 하에서, 결함이 탐지되면 결함 진단 장치가 인에이블된다. 도 3에 도시된 바와 같이, t1에서, PWM 신호는 로직 로우 상태에서 로직 하이 상태(예를 들어, 4V)로 변경된다. t2에서, 결함이 발생한다. 이 결함에 응답하여, 적절한 결함 탐지 디바이스에 의해 결함 신호가 생성된다. t2에서, 결함 로직 유닛은 연산 증폭기(A1)를 인에이블하고 클램핑 스위치(Q2)를 턴 온 한다. 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이, 클램핑 회로(206), 클램핑 스위치(Q2), 및 패스 디바이스(204)는 PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 세트 포인트(예를 들어, 3V)로 클램핑되도록 구성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, t1에서 t3까지의 시간 기간 동안의 PWM 펄스는 2개의 로직 하이 레벨들(예를 들어, 4V 및 3V)을 갖는다.
t3에서, PWM 신호는 로직 하이 상태에서 로직 로우 상태로 변경된다. t4에서, PWM 신호는 로직 로우 상태에서 로직 하이 상태로 변경된다. t4에서 t5까지, 로직 하이 전압은 미리 결정된 세트 포인트(예를 들어, 3V)로 유지된다. t6에서 t7까지, 로직 하이 전압은 미리 결정된 세트 포인트(예를 들어, 3V)로 유지된다. t8에서, 결함이 사라진다. 도 3에 도시된 바와 같이, 결함 신호는 로직 하이 상태에서 로직 로우 상태로 변경된다. t9에서, PWM 신호는 정상으로 돌아간다.
도 4는 결함 진단 장치가 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 제2 제어 메커니즘 하에서 동작하도록 구성될 때 도 2에 도시된 결함 진단 장치와 관련된 2개의 신호들을 도시한다. 제2 제어 메커니즘 하에서, (도 4의 t4에서 t41까지에 도시된 바와 같이) 미리 결정된 지연이 있다는 점을 제외하고는 결함 진단 장치의 동작 원리는 도 3에 도시된 것과 유사하다. t2에서 t8까지, 미리 결정된 지연에 의해, 각 PWM 펄스에서 PWM 펄스는 PWM 펄스의 시작 부분에서 정상 로직 하이 전압(예를 들어, 4V)으로 유지된다. 미리 결정된 지연 이후에, 클램핑 회로(206), 클램핑 스위치(Q2), 및 패스 디바이스(204)는 PWM 단자의 로직 하이 전압이 미리 결정된 세트 포인트(예를 들어, 3V)로 클램핑되도록 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, t1에서 t9까지의 시간 기간 동안 PWM 펄스들은 2개의 상이한 로직 하이 레벨들(예를 들어, 4V 및 3V)을 갖는다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 2에 도시된 패스 디바이스의 제1 구현을 도시한다. 패스 디바이스(204)는 p-타입 트랜지스터(Q3), 제1 클램핑 다이오드(D1), 제2 클램핑 다이오드(D2), 및 바이어스 저항(R3)을 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, p-타입 트랜지스터(Q3)의 바디 단자와 소스 단자는 서로 연결된다. 제1 클램핑 다이오드(D1)는 p-타입 트랜지스터(Q3)의 게이트 단자 및 드레인 단자 사이에 연결된다. 제2 클램핑 다이오드(D2)는 p-타입 트랜지스터(Q3)의 게이트 단자 및 소스 단자 사이에 연결된다. 바이어스 저항(R3)은 p-타입 트랜지스터(Q3)의 게이트 단자와 접지 사이에 연결된다.
동작 시에, 로직 하이 전압이 PWM 단자 상에 있을 때, Q3의 게이트 단자가 바이어스 저항(R3)을 통해 접지와 연결되기 때문에 p-타입 트랜지스터(Q3)의 채널은 턴 온 된다. 로직 로우 전압이 PWM 단자 상에 있을 때, p-타입 트랜지스터(Q3)의 채널은 턴 오프 된다. 제1 클램핑 다이오드(D1) 및 제2 클램핑 다이오드(D2)는 p-타입 트랜지스터(Q3)가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호 디바이스들로 기능한다.
p-타입 트랜지스터(Q3)를 갖는 것의 유리한 특징 중 하나는 p-타입 트랜지스터(예를 들어, Q3)가 n-타입 트랜지스터(예를 들어, Q2)보다 더 견고하기 때문에, p-타입 트랜지스터(Q3)가 입출력 라인에서의 가혹한 동작 조건들(예를 들어, ESD, 래치 업(latch up) 등)로부터 클램프 스위치(Q2)를 보호할 수 있다는 것이다.
p-타입 트랜지스터(Q3)를 갖는 것의 또 다른 유리한 특징은 p-타입 트랜지스터(Q3)가 턴 온 될 때, Q3의 전압 강하가 0이므로, 정확한 클램핑이 가능하다는 것이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 2에 도시된 패스 디바이스의 제2 구현을 도시한다. 패스 디바이스(204)는 다이오드(D1)를 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 다이오드(D1)의 양극은 PWM 제어기(100)의 입출력 단자(예를 들어, PWM 단자)에 연결된다. 다이오드(D1)의 음극은 클램핑 스위치(Q2)에 연결된다.
동작 시에, PWM 단자가 로직 하이 전압에 있을 때, 순방향 바이어스된 D1은 로직 하이 전압을 제1 전압 레벨(예를 들어, 4V)로부터 제2 전압 레벨(예를 들어, 3V)로 끌어내리기 위한 전도 경로를 제공한다. 로직 로우 전압이 PWM 단자 상에 있을 때, 역방향 바이어스된 D1은 클램핑 회로가 로직 로우 전압에 영향을 미치는 것을 방지한다. 또한, 다이오드(D1)는 격리를 제공하여, 입출력 라인(예를 들어, 마이크로컨트롤러 및 PWM 제어기의 PWM 단자 사이의 라인)에 큰 음전압이 있을 때 클램핑 스위치(Q2)가 손상되는 것을 방지한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 2에 도시된 패스 디바이스의 제3 구현을 도시한다. 패스 디바이스(204)는 PWM 제어기(100)의 입출력 단자(예를 들어, PWM 단자) 및 클램핑 스위치(Q2) 사이에 연결된 저항(R3)을 포함한다.
동작 시에, 패스 디바이스가 저항으로 구현되기 때문에 전압 클램핑은 전체 PWM 주기에서 활성화된다. R3의 낮은 저항 값은 강한 클램핑 동작을 제공할 수 있다. 그러나, 이러한 낮은 저항 값은 시스템 제어기(150)가 PWM 제어기(100)에 로직 로우 전압을 보낼 때 로직 하이 전압의 결함 탐지를 유발할 수 있다. R3의 저항 값은 로직 하이 전압 값, 로직 로우 전압 값, 로직 하이 전압 하에서의 싱크 전류 용량, 및 로직 로우 전압 하에서의 소스 전류 용량을 포함하는 다양한 요인들에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, R3는 조정 가능한 저항으로 구현될 수 있다. 로직 로우 전압이 PWM 단자 상에 있을 때, R3는 높은 저항 값을 갖는다. 로직 하이 전압이 PWM 단자 상에 있을 때, R3는 낮은 저항 값을 갖는다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 2에 도시된 패스 디바이스의 제4 구현을 도시한다. 패스 디바이스(204)는 ESD 디바이스를 포함한다. ESD 디바이스는 다이오드들, NMOS 트랜지스터들, PMOS 트랜지스터들, 양극 접합 트랜지스터들(bipolar junction transistors), 및 이들의 임의의 조합들과 같은 일반적인 ESD 회로들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
일부 실시예들에서, 패스 디바이스(204)의 ESD 디바이스는 도 8에 도시된 바와 같이 제너 다이오드(D2)로 구현된다. 제너 다이오드(D2)의 음극은 PWM 제어기(100)의 입출력 단자에 연결된다. 제너 다이오드의 양극은 클램핑 스위치(Q2)에 연결된다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 1에 도시된 결함 진단 장치의 제2 구현의 개략도를 도시한다. 도 9에 도시된 결함 진단 장치의 제2 구현은 클램핑 스위치가 NMOS ESD 셀에 병합된다는 점을 제외하면 도 2에 도시된 결함 진단 장치의 제1 구현과 유사하다. 패스 디바이스는 NMOS ESD 셀로 대체될 수 있다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 패스 디바이스를 생략할 수 있다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 기준 전압을 조정하기 위한 제어 회로의 개략도를 도시한다. 기준 전압을 조정하기 위한 제어 회로는 피크 전압 탐지기(220), 증폭기(A3)에 의해 형성된 버퍼, 및 가산기(240)를 포함한다. 피크 전압 탐지기(220)는 PWM 단자의 전압 변화들을 탐지하도록 구성된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 피크 전압 탐지기(220)는 저항들(R3, R4)에 의해 형성된 전압 분배기, 증폭기(A4), 다이오드(D1), 제1 캐패시터(C1), 파워 업 리셋 스위치(Q4), 및 제2 캐패시터(C2)를 포함한다.
PWM 단자의 전압은 전압 분배기를 통해 증폭기(A4)의 비반전 입력으로 공급된다. 제1 캐패시터(C1) 및 전압 분배기는 원하지 않는 신호들을 감쇠시키는 저역 통과 필터를 형성한다. 파워 업 리셋 스위치(Q4)는 파워 업 리셋 신호(POR)에 의해 제어된다. 파워 업 리셋 신호(POR)는 피크 전압 탐지기를 리셋하고 새로운 피크들을 탐지할 수 있도록 구성된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 피크 전압 탐지기는 PWM 단자 전압의 샘플링된 버전을 나타내는 신호(VPEAK)를 제공하도록 구성된다.
샘플링된 신호(VPEAK)는 증폭기(A3)에서 버퍼링되어 PWM 단자 전압의 샘플링된 버전을 나타내는 신호(Vsns)를 생성한다. 밴드갭 기준 회로(미도시)는 기준 전압(Vbg)을 생성하도록 구성된다.
가산기(240)는 차동 증폭기(A2) 및 2개의 합산 저항들(R11, R12)을 포함한다. 차동 증폭기의 동작 원리에 따라, 차동 증폭기(A2)의 출력 전압(Vadj)은 다음 식으로 표현될 수 있다:
(2)
2개의 합산 저항들(R11, R12)을 통해, Vbg 및 Vsns의 차이는 증폭기(A1)의 비반전 입력으로 공급된다. Vbg 및 Vsns의 차이는 음의 피드백 루프의 입력으로 기능한다. 이 음의 피드백 루프를 통해, PWM 단자의 전압은 미리 결정된 값(예를 들어, 3V)으로 정밀하게 조정된다. 일부 실시예들에서, 도 10에서, Rin은 10KΩ이다. Rfb는 200KΩ이다. Vbg는 1.2V이다. Vsns는 1.26V이다. R11은 10KΩ이다. R12는 5KΩ이다. R1은 100Ω이다. R2는 83.3Ω이다. PWM 단자의 전압은 미리 결정된 값인 3.0V에 가까운 3.01V로 조정된다. 반대로, 도 10에 도시된 기준 전압을 조절하기 위한 제어 회로가 없는 경우, PWM 단자의 전압은 3.15V로 조정된다. 도 10에 도시된 기준 전압을 조정하는 제어 회로는 전압 조정 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 게이트 구동 전압을 조정하기 위한 제어 회로의 개략도를 도시한다. 도 11에 도시된 제어 회로는 샘플링된 신호(즉, Vsns)가 증폭기(A2)의 비반전 입력으로 공급되고 증폭기(A2)의 출력 전압(즉, Vadj)이 Q2의 게이트 구동 전압에 더해진다는 점을 제외하면 도 10에 도시된 제어 회로와 유사하다. 증폭기(A2)의 출력 전압은 다음 식으로 표현할 수 있다:
(3)
도 11에 도시된 회로에 따르면, PWM 단자의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨(예를 들어, 3V) 보다 낮으면, 증폭기(A2)의 출력 전압(Vadj)이 식 (3)에 따라 감소한다. 감소된 Vadj는 클램핑 스위치(Q2)의 게이트 구동 전압에 더해진다. 그 결과, 클램핑 스위치(Q2)의 게이트 구동 전압이 감소한다. 감소된 게이트 구동 전압은 클램핑 스위치(Q2) 양단에 상당한 전압 강하를 유발한다. 이러한 클램핑 스위치(Q2) 양단의 상당한 전압 강하는 PWM 단자의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨(예를 들어, 3V)에 도달할 때까지 PWM 단자의 로직 하이 전압이 증가하는 것을 돕는다. 반면, PWM 단자의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨(예를 들어, 3V)보다 크면, 도 11에 도시된 회로는 PWM 단자의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨(예를 들어, 3V)에 도달하는 것을 유사하게 도울 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 11에서, Rin은 10KΩ이다. Rfb는 200KΩ이다. Vbg는 1.2V이다. Vsns는 1.239V이다. R11은 10KΩ이다. R12는 5KΩ이다. R1은 100Ω이다. R2는 110Ω이다. V1은 2.29V이다. V2는 2.485V이다. PWM 단자의 전압은 미리 결정된 값인 3.0V에 가까운 3.01V로 조정된다. 반대로, 도 11에 도시된 게이트 구동 전압을 조절하기 위한 제어 회로를 갖지 않는 경우, PWM 단자의 전압은 2.828V로 조정된다. 도 11에 도시된 게이트 구동 전압을 조절하기 위한 제어 회로는 전압 조정 정확도를 향상시킨다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 기준 전압과 게이트 구동 전압 둘 다를 조정하는 제어 회로의 개략도를 도시한다. 도 12의 제어 회로는 도 10에 도시된 제어 회로와 도 11에 도시된 제어 회로의 조합이다. 제1 회로 블록(270)은 증폭기(A2), 저항들(Rin1, Rfb1, R12), 및 제1 스위치(S1)를 포함한다. 제1 회로 블록(270)은 클램핑 스위치(Q2)의 게이트 구동 전압을 조정하기 위한 신호를 생성하는 데 사용된다. 증폭기(A2)의 출력 전압은 다음 식으로 표현할 수 있다:
(4)
도 12에 도시된 바와 같이, 증폭기(A2)의 출력 전압(Vadj_gate)은 저항(R12) 및 제1 스위치(S1)를 통해 클램핑 스위치(Q2)의 게이트 구동 전압에 더해진다. 증폭기(A2)의 동작 원리는 도 11과 관련하여 상술하였으므로 여기서 다시 설명하지 않는다.
제2 회로 블록(280)은 증폭기(A5), 저항들(Rin2, Rfb2, R14), 및 제2 스위치(S2)를 갖는다. 제2 회로 블록(280)은 증폭기(A1)의 비반전 입력에 공급되는 기준 전압을 조정하기 위한 신호를 생성하기 위해 사용된다. 증폭기(A5)의 출력 전압은 다음 식으로 표현할 수 있다.
(5)
도 12에 도시된 바와 같이, 증폭기(A5)의 출력 전압(Vadj_ref)은 저항(R14) 및 제2 스위치(S2)를 통해 증폭기(A1)의 비반전 입력에 더해진다. 증폭기(A5)의 동작 원리는 도 10과 관련하여 상술하였으므로, 여기서 다시 설명하지 않는다.
제3 회로 블록(290)은 스위치들(S1, S2)의 켜짐 및 꺼짐을 제어하기 위해 사용된다. 도 12에 도시된 바와 같이, Vbg는 비교기(CH1)의 비반전 입력으로 공급된다. Vsns는 비교기(CH1)의 반전 입력으로 공급된다. 비교기(CH1)의 출력은 인버터(INV1)의 입력에 연결된다. 비교기(CH1)의 출력 신호(S1C)는 제1 스위치(S1)를 제어하기 위해 사용된다. 인버터(INV1)의 출력 신호(S2C)는 제2 스위치(S2)를 제어하기 위해 사용된다. 비교기(CH1) 및 인버터(INV1)는 이하의 제어 목표들을 달성하기 위해 구성된다. 첫째로, PWM 단자의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨(예를 들어, 3V)보다 낮은 경우, 제1 스위치(S1)는 턴 온 되고, 제2 스위치(S2)는 턴 오프된다. 클램핑 스위치(Q2)의 게이트 구동 전압은 제1 회로 블록(270)에 의해 감소된다. 동작 시에, 제1 회로 블록(270)은 PWM 단자의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨(예를 들어, 3V)과 같아질 때까지 Q2의 게이트 구동 전압을 감소시킨다. 둘째로, PWM 단자의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨(예를 들어, 3V)보다 큰 경우, 제1 스위치(S1)는 턴 오프되고, 제2 스위치(S2)는 턴 온 된다. 증폭기(A1)의 비반전 입력에 공급되는 기준은 제2 회로 블록(280)에 의해 감소한다. 동작 시에, 제2 회로 블록(280)은 PWM 단자의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨(예를 들어, 3V)과 같아질 때까지 증폭기(A1)의 비반전 입력에 공급되는 기준을 감소시킨다. 만약 비교기(CH1)의 2개의 입력 신호들이 교환(swapped)(즉, Vbg는 반전 입력 단자에 결합되고 Vsns는 비반전 입력 단자에 결합)되는 경우, 도 12에 도시된 회로는 PWM 단자의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨(예를 들어, 3V)에 도달하도록 유사하게 도울 수 있다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 도 1에 도시된 발광 다이오드 시스템을 제어하는 흐름도를 도시한다. 도 13에 도시된 흐름도는 단지 예시에 불과하며, 청구 범위를 부당하게 제한해서는 안된다. 당업자는 많은 변형들, 대안들, 및 수정들을 인식할 것이다. 예를 들어, 도 13에 도시된 다양한 단계들은 추가, 제거, 교체, 재배열, 및 반복될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 복수의 발광 다이오드들(예를 들어, 도 1에 도시된 D1-DN)은 입력 전압 버스(예를 들어, 도 1에 도시된 VIN) 및 전원 스위치(예를 들어, 도 1에 도시된 Q1) 사이에 직렬로 연결된다. PWM 제어기(예를 들어, 도 1에 도시된 PWM 제어기(100))는 전원 스위치의 게이트에 공급되는 게이트 구동 신호를 생성하도록 구성된다. 결함 진단 장치(예를 들어, 도 1에 도시된 결함 진단 장치(200))는 PWM 제어기의 PWM 단자에 결합된다. 결함 진단 회로는 클램핑 회로의 출력에서 미리 결정된 전압을 제공하도록 구성된 클램핑 회로(예를 들어, 도 2에 도시된 클램핑 회로(206)), 클램핑 회로의 출력에 결합된 클램핑 스위치(예를 들어, 도 2에 도시된 클램핑 스위치(Q2)), 및 클램핑 스위치와 PWM 제어기의 입출력 단자 사이에 연결된 패스 디바이스(예를 들어, 도 2의 패스 디바이스(204))를 포함한다.
클램핑 회로는 연산 증폭기(예를 들어, 도 2에 도시된 연산 증폭기(A1)), 제1 저항(예를 들어, 도 2에 도시된 R1), 및 제2 저항(예를 들어, 도 2에 도시된 R2)을 포함한다. 연산 증폭기의 비반전 입력은 미리 결정된 기준에 연결된다. 연산 증폭기의 반전 입력은 제1 저항 및 제2 저항의 공통 노드에 연결된다. 제1 저항 및 제2 저항은 연산 증폭기의 출력 및 접지 사이에 직렬로 연결된다. 연산 증폭기의 출력은 클램핑 회로의 출력이다. 클램핑 스위치는 결함 로직 유닛(예를 들어, 도 2에 도시된 결함 로직 유닛(202))에 연결된 게이트를 갖는다. 결함 로직 유닛은 결함 이벤트에 응답하여, 결함 로직 유닛이 클램핑 스위치를 턴 온 시키는 신호를 생성하도록 구성된다.
시스템 제어기(예를 들어, 마이크로컨트롤러)가 발광 다이오드 시스템에 결함이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있도록 결함 시 결함 진단 신호를 생성하기 위해 이하의 방법이 사용된다.
단계(1302)에서, 마이크로컨트롤러는 발광 다이오드(LED) 시스템의 제어기의 PWM 단자에 공급되는 PWM 신호를 생성하도록 구성된다.
단계(1304)에서, LED 시스템에서 결함 이벤트가 탐지된다.
단계(1306)에서, LED 시스템의 결함 이벤트에 응답하여, PWM 신호의 로직 하이 전압이 클램핑 장치를 통해 미리 결정된 레벨로 클램핑된다.
일부 실시예들에서, 클램핑 장치는 클랭핑 회로의 출력에서 미리 결정된 전압을 제공하도록 구성된 클램핑 회로, 클램핑 회로의 출력에 결합된 클램핑 스위치, 및 클램핑 스위치와 제어기의 PWM 단자 사이에 연결된 패스 디바이스를 포함한다.
일부 실시예들에서, 클램핑 회로는 연산 증폭기, 제1 저항, 및 제2 저항을 포함한다. 연산 증폭기의 비반전 입력은 미리 결정된 기준에 연결된다. 연산 증폭기의 반전 입력은 제1 저항 및 제2 저항의 공통 노드에 연결된다. 제1 저항 및 제2 저항은 연산 증폭기의 출력과 접지 사이에 직렬로 연결되고, 연산 증폭기의 출력은 클램핑 회로의 출력이다. 클램핑 스위치는 결함 로직 유닛에 연결된 게이트를 갖고, 결함 로직 유닛은 결함 이벤트에 응답하여 결함 로직 유닛이 클램핑 스위치를 턴 온 시키는 신호를 생성하도록 구성된다. 패스 디바이스는 다이오드를 포함한다. 다이오드의 양극은 집적 회로의 입출력 단자에 연결된다. 다이오드의 음극은 클램핑 스위치에 연결된다.
방법은 결함 이벤트 발생 이후 PWM 신호의 로직 하이 전압을 감지하는 단계, PWM 신호의 로직 하이 전압을 미리 결정된 레벨과 비교하는 단계, 및 PWM 신호의 로직 하이 전압을 미리 결정된 레벨과 비교하는 단계를 통해 얻어진 비교 결과에 기초하여 미리 결정된 기준을 조정하는 단계를 더 포함하고, 미리 결정된 기준의 조정 결과에 따라, 다양한 동작 조건들 하에서 PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨과 같다.
방법은 결함 이벤트 발생 이후 PWM 신호의 로직 하이 전압을 감지하는 단계, PWM 신호의 로직 하이 전압을 미리 결정된 레벨과 비교하는 단계, 및 PWM 신호의 로직 하이 전압을 미리 결정된 레벨과 비교하는 단계를 통해 얻어진 비교 결과에 기초하여 클램핑 스위치의 게이트 구동 전압을 조정하는 단계를 더 포함하고, 클램핑 스위치의 게이트 구동 전압의 조정 결과에 따라, 다양한 동작 조건들 하에서 PWM 신호의 로직 하이 전압은 미리 결정된 레벨과 같다.
방법은 결함 이벤트 발생 이후 PWM 신호의 로직 하이 전압을 감지하는 단계 및 PWM 신호의 로직 하이 전압을 미리 결정된 레벨과 비교하는 단계를 더 포함한다. PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨보다 작을 때, PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨과 같아지도록 클램핑 스위치의 게이트 구동 전압을 감소시킨다. PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨보다 클 때, PWM 신호의 로직 하이 전압이 미리 결정된 레벨과 같아지도록 미리 결정된 기준을 감소시킨다.
방법은 PWM 신호 중 적어도 하나의 PWM 펄스가 2개의 로직 하이 레벨들을 갖도록 결함 로직 유닛을 구성하는 단계를 더 포함한다.
본 개시의 실시예들 및 그 이점들이 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경들, 대체들, 및 대안들이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
더욱이, 본 출원의 범위는 본 명세서에 기재된 과정, 기계, 제조, 물질의 구성, 수단들, 방법들, 또는 단계들의 특정 실시예로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 당업자는 본 발명의 개시로부터 여기에 기술된 대응하는 실시예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는, 현재 존재하거나 나중에 개발될 과정들, 기계들, 제조, 물질의 구성들, 수단들, 방법들, 또는 단계들을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 이러한 과정들, 기계들, 제조, 물질의 구성들, 수단들, 방법들, 또는 단계들을 포함하도록 의도된다.

Claims (21)

  1. 장치에 있어서,
    클램핑 회로의 출력에서 미리 결정된 전압을 제공하도록 구성된 상기 클램핑 회로;
    상기 클램핑 회로의 상기 출력에 결합된 클램핑 스위치; 및
    상기 클램핑 스위치 및 제어기의 입출력 단자 사이에 연결된 패스 디바이스
    를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클램핑 회로는 연산 증폭기, 제1 저항, 및 제2 저항을 포함하고,
    상기 연산 증폭기의 비반전 입력은 미리 결정된 기준(reference)에 연결되고;
    상기 연산 증폭기의 반전 입력은 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항의 공통 노드에 연결되고;
    상기 제1 저항 및 상기 제2 저항은 상기 연산 증폭기의 출력 및 접지 사이에 직렬로 연결되고, 상기 연산 증폭기의 상기 출력은 상기 클램핑 회로의 상기 출력인, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 클램핑 회로, 상기 클램핑 스위치, 및 상기 패스 디바이스는 결함 이벤트에 응답하여 상기 제어기의 상기 입출력 단자에서의 로직 하이 전압(logic high voltage)이 미리 결정된 세트 포인트로 클램핑되도록 구성되는, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 클램핑 스위치의 게이트에 연결된 출력을 갖는 결함 로직 유닛을 더 포함하고,
    상기 결함 로직 유닛은 결함 이벤트에 응답하여, 상기 결함 로직 유닛이 상기 클램핑 스위치를 턴 온 시키는 신호를 생성하도록 구성되는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 패스 디바이스는 p-타입 트랜지스터, 제1 클램핑 다이오드, 제2 클램핑 다이오드, 및 바이어스 저항을 더 포함하고,
    바디 단자는 상기 p-타입 트랜지스터의 소스 단자에 연결되고;
    상기 제1 클램핑 다이오드는 상기 p-타입 트랜지스터의 게이트 단자 및 드레인 단자 사이에 연결되고;
    상기 제2 클램핑 다이오드는 상기 p-타입 트랜지스터의 상기 게이트 단자 및 상기 소스 단자 사이에 연결되고;
    상기 바이어스 저항은 상기 게이트 단자와 접지 사이에 연결되는, 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패스 디바이스는 다이오드를 포함하고,
    상기 다이오드의 양극은 상기 제어기의 상기 입출력 단자에 연결되고;
    상기 다이오드의 음극은 상기 클램핑 스위치에 연결되는, 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패스 디바이스는 상기 제어기의 상기 입출력 단자 및 상기 클램핑 스위치 사이에 연결된 저항을 포함하는, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 패스 디바이스는 정전기 방전(electrostatic discharge, ESD) 디바이스를 포함하는, 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 ESD 디바이스는 제너 다이오드이고,
    상기 제너 다이오드의 음극은 상기 제어기의 상기 입출력 단자에 연결되고;
    상기 제너 다이오드의 양극은 상기 클램핑 스위치에 연결되는, 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 패스 디바이스는 상기 클램핑 스위치 및 상기 제어기의 상기 입출력 단자 사이에 연결된 전도 라인을 포함하고;
    상기 클램핑 스위치는 n-타입 금속 산화물 반도체(NMOS) ESD 셀을 포함하는, 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어기의 상기 입출력 단자는 상기 제어기의 펄스 폭 변조(pulse width modulation, PWM) 단자이고, 상기 PWM 단자는 시스템 제어기로부터 PWM 신호를 수신하도록 구성된, 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 직렬로 연결된 복수의 발광 다이오드들을 통해 흐르는 평균 전류를 제어하기 위한 게이트 구동 신호를 생성하기 위해 구성된 PWM 제어기인, 장치.
  13. 방법으로서,
    발광 다이오드(LED) 시스템의 제어기의 PWM 단자에 공급되는 PWM 신호를 생성하도록 마이크로컨트롤러를 구성하는 단계;
    상기 LED 시스템의 결함 이벤트를 탐지하는 단계; 및
    상기 LED 시스템의 상기 결함 이벤트에 응답하여, 클램핑 장치를 통해 상기 PWM 신호의 로직 하이 전압을 미리 결정된 레벨로 클램핑하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    클램핑 장치는:
    클램핑 회로의 출력에서 미리 결정된 전압을 제공하도록 구성된 상기 클램핑 회로;
    상기 클램핑 회로의 상기 출력에 결합된 클램핑 스위치; 및
    상기 클램핑 스위치 및 상기 제어기의 상기 PWM 단자 사이에 연결된 패스 디바이스
    를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 클램핑 회로는 연산 증폭기, 제1 저항, 및 제2 저항을 포함하고,
    상기 연산 증폭기의 비반전 입력은 미리 결정된 기준에 연결되고;
    상기 연산 증폭기의 반전 입력은 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항의 공통 노드에 연결되고;
    상기 제1 저항 및 상기 제2 저항은 상기 연산 증폭기의 출력과 접지 사이에 직렬로 연결되고, 상기 연산 증폭기의 상기 출력은 상기 클램핑 회로의 출력이고;
    상기 클램핑 스위치는 결함 로직 유닛에 연결된 게이트를 갖고, 상기 결함 로직 유닛은 상기 결함 이벤트에 응답하여 결함 로직 유닛이 상기 클램핑 스위치를 턴 온 시키는 신호를 생성하도록 구성되고;
    상기 패스 디바이스는 다이오드를 포함하고,
    상기 다이오드의 양극은 상기 제어기의 상기 PWM 단자에 연결되고;
    상기 다이오드의 음극은 상기 클램핑 스위치에 연결되는,
    방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 결함 이벤트 발생 후에 상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압을 감지하는 단계;
    상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압을 상기 미리 결정된 레벨과 비교하는 단계; 및
    상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압을 상기 미리 결정된 레벨과 비교하는 단계의 결과로서 얻어진 비교 결과를 기반으로 상기 미리 결정된 기준을 조정하는 단계 - 상기 미리 결정된 기준의 조정 결과로서, 상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압은 다양한 동작 조건들 하에서 상기 미리 결정된 레벨과 같아짐 -
    를 더 포함하는, 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 결함 이벤트 발생 후에 상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압을 감지하는 단계;
    상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압을 상기 미리 결정된 레벨과 비교하는 단계; 및
    상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압을 상기 미리 결정된 레벨과 비교하는 단계의 결과로 얻어진 비교 결과를 기반으로 상기 클램핑 스위치의 게이트 구동 전압을 조정하는 단계 - 상기 클램핑 스위치의 상기 게이트 구동 전압의 조정 결과로서, 상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압은 다양한 동작 조건들 하에서 상기 미리 결정된 레벨과 같아짐 -
    를 더 포함하는, 방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 결함 이벤트 발생 후에 상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압을 감지하는 단계; 및
    상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압을 상기 미리 결정된 레벨과 비교하는 단계에서,
    상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압이 상기 미리 결정된 레벨보다 낮은 경우, 상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압이 상기 미리 결정된 레벨과 같아지도록 상기 클램핑 스위치의 게이트 구동 전압을 감소시키는 단계; 및
    상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압이 상기 미리 결정된 레벨보다 높은 경우, 상기 PWM 신호의 상기 로직 하이 전압이 상기 미리 결정된 레벨과 같아지도록 상기 미리 결정된 기준을 감소시키는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 PWM 신호의 적어도 하나의 PWM 펄스가 2개의 로직 하이 레벨들을 갖도록 상기 결함 로직 유닛을 구성하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  20. 시스템에 있어서,
    입력 전압 버스 및 전원 스위치 사이에 직렬로 연결된 복수의 발광 다이오드;
    상기 전원 스위치의 게이트에 공급되는 게이트 구동 신호를 생성하도록 구성된 PWM 제어기; 및
    상기 PWM 제어기의 PWM 단자에 결합된 결함 진단 회로 - 상기 결함 진단 회로는:
    클램핑 회로의 출력에서 미리 결정된 전압을 제공하도록 구성된 상기 클램핑 회로;
    상기 클램핑 회로의 상기 출력에 결합된 클램핑 스위치; 및
    상기 클램핑 스위치 및 상기 PWM 제어기의 입출력 단자 사이에 연결된 패스 디바이스를 포함함 -
    를 포함하는, 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 클램핑 회로는 연산 증폭기, 제1 저항, 및 제2 저항을 포함하고 -
    상기 연산 증폭기의 비반전 입력은 미리 결정된 기준에 연결되고;
    상기 연산 증폭기의 반전 입력은 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항의 공통 노드에 연결됨 -;
    상기 제1 저항 및 상기 제2 저항은 상기 연산 증폭기의 출력 및 접지 사이에 직렬로 연결되고 - 상기 연산 증폭기의 상기 출력은 상기 클램핑 회로의 상기 출력임 -;
    상기 클램핑 스위치는 결함 로직 유닛에 연결된 게이트를 갖고 - 상기 결함 로직 유닛은 결함 이벤트에 응답하여 상기 결함 로직 유닛이 상기 클램핑 스위치를 턴 온시키는 신호를 생성하도록 구성됨 -;
    상기 패스 디바이스는 다이오드를 포함 -
    상기 다이오드의 양극은 상기 PWM 제어기의 상기 입출력 단자에 연결되고;
    상기 다이오드의 음극은 상기 클램핑 스위치에 연결됨 - 하는, 시스템.
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