[go: up one dir, main page]

KR102135985B1 - 스위칭 제어 회로, 이를 포함하는 조명 장치 및 스위칭 제어 방법 - Google Patents

스위칭 제어 회로, 이를 포함하는 조명 장치 및 스위칭 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102135985B1
KR102135985B1 KR1020150083499A KR20150083499A KR102135985B1 KR 102135985 B1 KR102135985 B1 KR 102135985B1 KR 1020150083499 A KR1020150083499 A KR 1020150083499A KR 20150083499 A KR20150083499 A KR 20150083499A KR 102135985 B1 KR102135985 B1 KR 102135985B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switching
driving
switching element
trigger
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020150083499A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160147177A (ko
Inventor
홍승우
Original Assignee
매그나칩 반도체 유한회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 매그나칩 반도체 유한회사 filed Critical 매그나칩 반도체 유한회사
Priority to KR1020150083499A priority Critical patent/KR102135985B1/ko
Priority to US15/159,356 priority patent/US9609705B2/en
Publication of KR20160147177A publication Critical patent/KR20160147177A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102135985B1 publication Critical patent/KR102135985B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/16—Controlling the light source by timing means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/157—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators with digital control
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/32—Pulse-control circuits
    • H05B45/325—Pulse-width modulation [PWM]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
    • H05B45/44—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/46—Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/185—Controlling the light source by remote control via power line carrier transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/10—Controlling the intensity of the light
    • Y02B20/347—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

스위칭 제어 회로는 제1 및 제2 구동 전류 구간들을 포함하는 구동 전류를 센싱한 센싱 전압을 수신하고 상기 제2 구동 전류 구간에서 상기 센싱 전압을 기초로 제1 스위칭 트리거 신호를 제공하는 스위칭 트리거부, 상기 제1 구동 전류 구간에서 제2 스위칭 트리거 신호를 제공하여 구동 스위칭 소자의 최대 오프타임을 제어하는 오프타임 제어부 및 상기 제1 또는 제2 스위칭 트리거 신호를 기초로 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 스위칭 제어부를 포함한다. 따라서, 스위칭 제어 회로는 외부 고내압 소자를 사용하지 않고 구동 전류가 제로에 도달하는 시점을 검출하여 경계 전도 모드를 구현할 수 있다.

Description

스위칭 제어 회로, 이를 포함하는 조명 장치 및 스위칭 제어 방법 {SWITCHING CONTORL CIRCUIT, LIGHT APPARATUS COMPRISING THE SAME AND SWITCHING CONTROL METHOD}
본 발명은 스위칭 제어 회로의 구동 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구동 전류가 음의 전류에 도달하는 것을 검출하여 경계 전도 모드(Boundary Conduction Mode)를 구현하는 스위칭 제어 회로, 이를 포함하는 조명 장치 및 트리거 방법에 관한 것이다.
역률 보상 컨버터는 연속 전도 모드(Continuous Conduction Mode) 및 경계 전도 모드(Boundary Conduction Mode)를 주로 이용하여 구현된다. 연속 전도 모드는 집적 회로가 고정 주파수를 이용하여 인덕터 전류(또는 구동 전류)를 제어할 수 있다. 경계 전도 모드는 가변 주파수를 이용하여 인덕터 전류가 제로에 도달하면 구동 스위치를 턴-온시킬 수 있다.
LED(Light Emitting Diode) 조명 장치는 스위칭 컨버터 방식을 통해 구동될 수 있고, 스위칭 컨버터의 종류로는 벅 타입(Buck-type), 부스트 타입(Boost-type) 및 벅-부스트 타입(Buck-Boost-type)이 있다. 종래에는 부스트 타입의 스위칭 컨버터가 주로 사용되었으나, 최근에는 집적 회로(IC)의 원가 절감을 위하여 벅 타입이 많이 사용된다. 스위칭 컨버터의 종류는 입력 전압 대비 출력 전압의 비율에 따라 구분될 수 있고, 평균 인덕터 전류 모드 방식을 구현하기 위하여 모스펫(MOSFET)을 포함할 수 있다.
종래 기술은 인덕터 전류가 제로에 도달하는 시점을 검출하기 위하여 모스펫(MOSFET)의 드레인 전압을 이용할 수 있다. 모스펫(MOSFET)의 드레인 전압은 인덕터 전류가 제로에 도달한 시점에서 급격히 감소하고, 집적 회로는 이를 검출하기 위하여 외부 고내압 소자를 사용할 수 있다. 하지만, 종래 기술은 고내압 소자를 사용하여 가격 경쟁력에 대한 문제가 발생하였다.
본 발명의 일 실시예는 외부 고내압 소자를 사용하지 않고 구동 전류가 제로에 도달하는 시점을 검출하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 구동 전류를 센싱한 센싱 전압을 기초로 구동 전류가 제로에 도달하는 시점을 검출하여 구동 스위칭 소자의 턴-온 시점을 제어하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 외부 고내압 소자를 사용하지 않고 경계 전도 모드를 구현하여 가격 경쟁력을 향상시키고자 한다.
실시예들 중에서, 스위칭 제어 회로는 제1 및 제2 구동 전류 구간들을 포함하는 구동 전류를 센싱한 센싱 전압을 수신하고 상기 제2 구동 전류 구간에서 상기 센싱 전압을 기초로 제1 스위칭 트리거 신호를 제공하는 스위칭 트리거부, 상기 제1 구동 전류 구간에서 제2 스위칭 트리거 신호를 제공하여 구동 스위칭 소자의 최대 오프타임을 제어하는 오프타임 제어부 및 상기 제1 또는 제2 스위칭 트리거 신호를 기초로 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 스위칭 제어부를 포함한다.
일 실시예에서, 스위칭 제어 회로는 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 제어하기 위하여 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 펄스 폭 제어 신호를 제공하는 펄스 폭 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 스위칭 트리거부는 상기 센싱 전압이 제1 트리거 레벨에 도달하면 제1 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있다.
상기 스위칭 트리거부는 상기 구동 전류의 링잉이 제거되면 제1 스위칭 트리거 신호를 제공하여 경계 전도 모드를 구현할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 스위칭 트리거부는 상기 센싱 전압이 기 설정된 음의 레벨(Negative Level)에 도달하면, 경계 전도 모드를 구현하기 위한 제1 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있다.
상기 오프타임 제어부는 상기 구동 스위칭 소자가 턴-오프된 후 일정 시간 동안 구동 스위칭 소자의 턴-온을 방지하는 최소 오프타임 제어 신호를 제공하여 상기 구동 스위칭 소자의 최소 오프타임을 제어할 수 있다. 상기 오프타임 제어부는 상기 구동 스위칭 소자가 턴-오프되는 구간 동안 정전류를 용량성 소자에 충전할 수 있다.
상기 오프타임 제어부는 상기 용량성 소자의 양단에 걸리는 톱니파 전압이 기 설정된 제1 기준 레벨에 도달하면 제2 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 오프타임 제어부는 상기 톱니파 전압이 기 설정된 제2 기준 레벨에 도달하기 전까지 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프를 유지할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 오프타임 제어부는 상기 구동 스위칭 소자가 턴-온되면 상기 톱니파 전압을 초기화할 수 있다.
상기 스위칭 트리거부는 상기 센싱 전압의 동작 영역을 제어하기 위한 버퍼 증폭기(Buffer Amplifier)를 포함할 수 있다. 상기 버퍼 증폭기는 반전 증폭기 또는 비반전 증폭기로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스위칭 트리거부는 상기 버퍼 증폭기가 반전 증폭기로 구현되는 경우, 상기 반전 증폭기의 출력 및 기 설정된 제2 트리거 레벨을 비교하여 상기 센싱 전압이 상기 제1 트리거 레벨에 도달하는 시점을 검출할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 상기 스위칭 트리거부는 상기 버퍼 증폭기가 비반전 증폭기로 구현되는 경우, 상기 비반전 증폭기의 출력 및 기 설정된 제3 트리거 레벨을 비교하여 상기 센싱 전압이 상기 제1 트리거 레벨에 도달하는 시점을 검출할 수 있다.
상기 스위칭 제어부는 상기 구동 스위칭 소자의 최소 오프타임이 경과하고 상기 센싱 전압이 제1 트리거 레벨에 도달하면 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시킬 수 있다. 일 실시예에서, 상기 스위칭 제어부는 상기 센싱 전압이 제1 트리거 레벨에 도달하거나 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 타임이 기 설정된 최대 오프타임에 도달하면, 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 게이트 드라이버를 포함할 수 있다.
상기 스위칭 제어부는 상기 스위칭 트리거부, 상기 오프타임 제어부 및 상기 펄스 폭 제어부의 출력 변화 시점을 기초로 구동 스위칭 소자를 턴-온 또는 턴-오프시키기 위한 펄스 폭 변조 신호를 제공하는 기억 소자를 포함할 수 있다.
실시예들 중에서, 발광 다이오드 조명 장치는 LED(Light Emitting Diode) 모듈, 상기 LED 모듈과 직렬 연결된 인덕터, 상기 인덕터와 직렬 연결된 구동 스위칭 소자 및 상기 LED 모듈을 구동시키는 구동 전류를 센싱하여 상기 구동 전류가 음의 전류에 도달하면 스위칭 트리거 신호를 제공하는 스위칭 제어 회로를 포함하고, 상기 스위칭 제어 회로는 제1 및 제2 구동 전류 구간들을 포함하는 구동 전류를 센싱한 센싱 전압을 수신하고 상기 제2 구동 전류 구간에서 상기 센싱 전압을 기초로 제1 스위칭 트리거 신호를 제공하는 스위칭 트리거부, 상기 제1 구동 전류 구간에서 제2 스위칭 트리거 신호를 제공하여 구동 스위칭 소자의 최대 오프타임을 제어하는 오프타임 제어부 및 상기 제1 또는 제2 스위칭 트리거 신호를 기초로 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 스위칭 제어부를 포함한다.
실시예들 중에서, 트리거 방법은 제1 및 제2 구동 전류 구간들을 포함하는 구동 전류를 센싱한 센싱 전압을 수신하고 상기 제2 구동 전류 구간에서 상기 센싱 전압을 기초로 제1 스위칭 트리거 신호를 제공하는 단계, 상기 제1 구동 전류 구간에서 제2 스위칭 트리거 신호를 제공하여 구동 스위칭 소자의 최대 오프타임을 제어하는 단계 및 상기 제1 또는 제2 스위칭 트리거 신호를 기초로 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 단계를 포함한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어 회로, 이를 포함하는 조명 장치 및 트리거 방법은 외부 고내압 소자를 사용하지 않고 구동 전류가 제로에 도달하는 시점을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어 회로, 이를 포함하는 조명 장치 및 트리거 방법은 구동 전류를 센싱한 센싱 전압을 기초로 구동 전류가 제로에 도달하는 시점을 검출하여 구동 스위칭 소자의 턴-온 시점을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어 회로, 이를 포함하는 조명 장치 및 트리거 방법은 외부 고내압 소자를 사용하지 않고 경계 전도 모드를 구현하여 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어 회로 및 이를 포함하는 조명 장치를 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1에 있는 스위칭 제어 회로를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1에 있는 스위칭 제어 회로를 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 1에 있는 스위칭 제어 회로의 버퍼 증폭기가 비반전 증폭기로 구현된 스위칭 제어 회로를 나타내는 회로도이다.
도 5는 도 1에 있는 스위칭 제어 회로 및 이를 포함하는 조명 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 6은 도 1에 있는 스위칭 제어 회로 및 이를 포함하는 조명 장치의 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 실시예에 관한 설명은 본 발명의 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 실시예에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 제어 회로 및 이를 포함하는 조명 장치를 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드 조명 장치는 LED 모듈(10), 인덕터(20), 다이오드(30), 구동 스위칭 소자(40), 센싱 저항(50) 및 스위칭 제어 회로(100)를 포함한다.
발광 다이오드 조명 장치는 입력 전원으로부터 입력 전압(VIN)을 공급받을 수 있다. 즉, 입력 전원은 입력 전압(VIN)의 소스(Source)에 해당한다. 입력 전압(VIN)은 직류 전압(VDC) 또는 교류 전압(VAC)에 해당할 수 있다. 입력 전압(VIN)이 직류 전압(VDC)에 해당하면, 입력 전원은 안정적인 직류 전원(VDC)을 공급할 수 있다. 한편, 입력 전압(VIN)이 교류 전압(VAC)에 해당하는 경우, 교류 입력 전압(VAC)의 주파수는 전력 공급자에 따라, 반드시 이에 한정되는 것은 아니나 50Hz 또는 60Hz에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 발광 다이오드 조명 장치는 스위칭 컨버터 방식을 통해 구동될 수 있다. 이하 실시예에서, 발광 다이오드 조명 장치는 벅 타입(Buck-type)으로 구현되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 부스트 타입(Boost-type) 또는 벅-부스트 타입(Buck-Boost-type)으로도 구현될 수 있다.
LED 모듈(10)은 각각의 LED(Light Emitting Diode)들이 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태로서 N개(N은 자연수)의 그룹으로 구성되어 배치될 수 있다. LED 모듈(10)은 입력 전압(VIN)을 인가 받아 구동될 수 있다. 발광 다이오드 조명 장치는 출력 전압(VOUT) 및 구동 전류(IL)를 제어하여 LED 모듈(10)의 밝기를 조절할 수 있다. 여기에서, 출력 전압(VOUT)은 LED 모듈(10)의 양단에 걸리는 전압에 해당할 수 있고, 구동 전류(IL)는 출력 전압(VOUT)에 의하여 LED 모듈(10)을 구동할 수 있다. 구동 전류(IL)는 LED 모듈(10)을 구동시키며, 구동 스위칭 소자(40)가 턴-온되는 경우 구동 스위칭 소자(40)를 통해 흐르는 전류를 의미한다.
일 실시예에서, 구동 전류(IL)는 제1 및 제2 구동 전류 구간들을 포함할 수 있다. 구동 전류(IL)는 제1 구동 전류 구간에서 링잉(Ringing)이 발생할 수 있으나, 제2 구동 전류 구간에서는 링잉이 제거되어 경계 전도 모드(Boundary Conduction Mode)가 구현될 수 있다. 이하, 제1 및 제2 구동 전류 구간들에 대한 설명은 도 5에서 자세히 설명한다.
인덕터(20)는 LED 모듈(10)과 직렬로 연결될 수 있다. 구동 스위칭 소자(40)는 인덕터(20) 및 다이오드(30)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 구동 스위칭 소자(40)는 인덕터(20) 및 스위칭 제어 회로(100) 사이에 배치될 수 있다. 구동 스위칭 소자(40)는 스위칭 제어 회로(100)로부터 스위칭 제어 신호(Switching Control Signal)를 수신하여 턴-온 또는 턴-오프될 수 있다. 구동 스위칭 소자(40)는 턴-온되는 경우 구동 전류(IL)가 센싱 저항(50)으로 흐르게 하고, 턴-오프되는 경우 구동 전류(IL)의 흐름을 차단할 수 있다. 따라서, 발광 다이오드 조명 장치는 스위칭 제어 신호를 통해 출력 전압(VOUT) 및 구동 전류(IL)를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 구동 스위칭 소자(40)가 턴-온되면 구동 전류(IL)는 구동 스위칭 소자(40)를 통하여 흐를 수 있고, 인덕터(20)는 구동 전류(IL)에 의하여 충전될 수 있다. 한편, 구동 스위칭 소자(40)가 턴-오프되면 인덕터(20)에 충전된 전류는 방전되어 다이오드(30)를 통해 LED 모듈(10)로 흐를 수 있다. 즉, 인덕터(20)는 구동 스위칭 소자(40)가 턴-오프되는 동안 구동 전류(IL)의 전류원으로 동작할 수 있다.
일 실시예에서, 구동 스위칭 소자(40)는 파워 모스펫(Power MOSFET)으로 구현될 수 있다. 구동 스위칭 소자(40)가 파워 모스펫으로 구현되는 경우, 스위칭 제어 신호(Switching Control Signal)는 GATE 핀을 통하여 파워 모스펫의 게이트 단자에 전송될 수 있고, 구동 전류(IL)의 흐름을 제어할 수 있다. 스위칭 제어 신호는 양의 값(하이 레벨 또는 1)에 해당하는 경우 구동 스위칭 소자(40)를 턴-온시키고, 음의 값(로우 레벨 또는 0)에 해당하는 경우 구동 스위칭 소자(40)를 턴-오프시킬 수 있다.
센싱 저항(50)은 구동 스위칭 소자(40) 및 스위칭 제어 회로(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 센싱 저항(50)의 양단에 걸리는 전압은 센싱 전압(VCS)에 해당할 수 있고, 센싱 전압(VCS)은 CS 핀을 통해 스위칭 제어 회로(100)에 인가될 수 있다. 즉, 센싱 저항(50)은 구동 스위칭 소자(40)를 통과한 구동 전류(IL)를 센싱하기 위하여 구동 스위칭 소자(40)의 일단에 연결될 수 있다.
도 2는 도 1에 있는 스위칭 제어 회로의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 스위칭 제어 회로(100)는 스위칭 트리거부(110), 오프타임 제어부(120), 펄스 폭 제어부(130), 스위칭 제어부(140), 앤드 게이트(AND Gate, 150) 및 오어 게이트(OR Gate, 160)를 포함한다.
스위칭 트리거부(110)는 구동 전류(IL)를 센싱한 센싱 전압(VCS)을 수신하고 제2 구동 전류 구간에서 센싱 전압(VCS)을 기초로 제1 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 스위칭 트리거부(110)는 버퍼 증폭기(112) 및 스위칭 트리거 제어 모듈(114)을 포함할 수 있다. 버퍼 증폭기(Buffer Amplifier, 112)는 CS 핀을 통해 센싱 전압(VCS)을 수신할 수 있다. 버퍼 증폭기(112)는 센싱 전압(VCS)의 동작 영역을 제어할 수 있고, 발진 주파수의 변동을 감소시킬 수 있다. 일 실시예에서, 버퍼 증폭기(112)는 반전 증폭기(Inverting Amplifier) 또는 비반전 증폭기(Non-inverting Amplifier)로 구현될 수 있다.
스위칭 트리거부(110)는 센싱 전압(VCS)이 제1 트리거 레벨에 도달하면 제1 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있고, 제1 스위칭 트리거 신호는 제2 구동 전류 구간에서 구동 스위칭 소자(40)를 턴-온시키기 위한 엣지 클럭(Edge Clock)에 해당할 수 있다. 일 실시예에서, 스위칭 트리거 제어 모듈(114)은 버퍼 증폭기(112)의 출력 및 기 설정된 제2 트리거 레벨(Second Trigger Level)을 비교하여 센싱 전압(VCS)이 제1 트리거 레벨에 도달하는 시점을 검출할 수 있다. 여기에서, 제1 트리거 레벨은 음의 값에 해당할 수 있고, 센싱 전압(VCS)은 제2 구동 전류 구간에서 제1 트리거 레벨에 도달할 수 있다. 제2 트리거 레벨은 양의 값에 해당할 수 있고, 센싱 전압(VCS)이 제1 트리거 레벨에 도달하는 시점을 검출하기 위하여 설계될 수 있다. 즉, 제2 트리거 레벨은 설계자에 의하여 기 설정될 수 있고, 제1 트리거 레벨 및 버퍼 증폭기(112)의 소자 값에 종속하여 결정될 수 있다.
다른 일 실시예에서, 상기 스위칭 트리거부는 상기 버퍼 증폭기가 비반전 증폭기로 구현되는 경우, 상기 비반전 증폭기의 출력 및 기 설정된 제3 트리거 레벨(Third Trigger Level)을 비교하여 센싱 전압(VCS)이 제1 트리거 레벨에 도달하는 시점을 검출할 수 있다.
오프타임 제어부(120)는 톱니파 전압 생성 모듈(122), 최대 오프타임 제어 모듈(124) 및 최소 오프타임 제어 모듈(126)을 포함할 수 있다. 톱니파 전압 생성 모듈(122)은 펄스 폭 변조 신호(PWM)를 기초로 톱니파 전압(Sawtooth Voltage)을 생성할 수 있다. 톱니파 전압 생성 모듈(122)은 톱니파 전압을 최대 오프타임 제어 모듈(124) 및 최소 오프타임 제어 모듈(126)에 제공할 수 있다.
최대 오프타임 제어 모듈(124)은 제1 구동 전류 구간에서 제2 스위칭 트리거 신호를 제공하여 구동 스위칭 소자(40)의 최대 오프타임을 제어할 수 있다. 제2 스위칭 트리거 신호는 제1 구동 전류 구간에서 구동 스위칭 소자(40)를 턴-온시키기 위한 엣지 클럭(Edge Clock)에 해당할 수 있다. 최대 오프타임 제어 모듈(124)은 제2 스위칭 트리거 신호를 오어 게이트(160)의 일단에 제공할 수 있다.
최소 오프타임 제어 모듈(126)은 구동 스위칭 소자(40)가 턴-오프된 후 일정 시간 동안 구동 스위칭 소자(40)의 턴-온을 방지하는 최소 오프타임 제어 신호를 앤드 게이트(150)의 일단에 제공할 수 있다. 최소 오프타임 제어 모듈(126)은 최소 오프타임 제어 신호를 기초로 구동 스위칭 소자(40)의 최소 오프타임을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 앤드 게이트(150)는 최소 오프타임 제어 신호 및 제1 트리거 신호를 수신하여 양의 값(하이 레벨 또는 1)을 출력할 수 있다. 즉, 앤드 게이트(150)는 구동 스위칭 소자(40)의 최소 오프타임이 경과하고 센싱 전압(VCS)이 제1 트리거 레벨에 도달하면 양의 값을 출력할 수 있다.
오어 게이트(160)는 최대 오프타임 제어 모듈(124) 및 앤드 게이트(150)의 출력들을 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 오어 게이트(160)는 최대 오프타임 제어 모듈(124)로부터 제2 스위칭 트리거 신호를 수신하거나, 앤드 게이트(150)로부터 양의 값을 수신하는 경우 양의 값을 출력할 수 있다. 즉, 오어 게이트(160)는 센싱 전압(VCS)이 제1 트리거 레벨에 도달하거나 구동 스위칭 소자(40)의 턴-오프 타임이 기 설정된 최대 오프타임에 도달하면, 양의 값을 출력할 수 있다.
펄스 폭 제어부(130)는 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 제어하기 위하여 구동 스위칭 소자(40)의 턴-오프 시점에 펄스 폭 제어 신호를 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 구동 스위칭 소자(40)가 턴-온되면, 펄스 폭 제어부(130)는 구동 스위칭 소자(40)를 통과한 구동 전류(IL)에 의하여 발생된 센싱 전압(VCS)을 CS 핀을 통해 수신할 수 있다. 펄스 폭 제어부(130)는 센싱 전압(VCS)을 기초로 구동 스위칭 소자(40)의 턴-오프 시점에 펄스 폭 제어 신호를 제공할 수 있다.
스위칭 제어부(140)는 기억 소자(142) 및 게이트 드라이버(144)를 포함할 수 있다. 스위칭 제어부(140)는 구동 스위칭 소자(40)의 턴-온 또는 턴-오프 시점에 GATE 핀을 통하여 구동 스위칭 소자(40)에 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다. 스위칭 제어부(140)는 제1 또는 제2 스위칭 트리거 신호를 기초로 구동 스위칭 소자(40)를 턴-온시키는 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다. 또한, 스위칭 제어부(140)는 펄스 폭 제어 신호를 기초로 구동 스위칭 소자(40)를 턴-오프시키는 스위칭 제어 신호를 제공할 수 있다.
기억 소자(142)는 스위칭 트리거부(110), 오프타임 제어부(120) 및 펄스 폭 제어부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 기억 소자(142)는 스위칭 트리거부(110), 오프타임 제어부(120) 및 펄스 폭 제어부(130)의 출력 변화 시점을 기초로 구동 스위칭 소자(40)를 턴-온 또는 턴-오프시키기 위한 출력 값을 제공할 수 있다.
게이트 드라이버(144)는 기억 소자(142)의 출력 값을 수신하여 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다. 스위칭 제어 신호는 GATE 핀을 통하여 구동 스위칭 소자(40)에 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 게이트 드라이버(144)는 기억 소자(142)의 출력을 구동 스위칭 소자(40)의 턴-온 또는 턴-오프에 필요한 전압으로 증폭할 수 있고, 낮은 임피던스에서 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다. 게이트 드라이버(144)는 기억 소자(142)의 출력 값의 변화를 기초로 스위칭 제어 신호를 구동 스위칭 소자(40)에 신속하게 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 기억 소자(142)는 SR 래치로 구현될 수 있다. 예를 들어, 기억 소자(142)가 오어 게이트(160)로부터 양의 값(하이 레벨 또는 1)을 S 단자에 수신하는 경우 구동 스위칭 소자(40)를 턴-온시킬 수 있는 양의 값을 출력할 수 있다. 한편, 기억 소자(142)가 펄스 폭 제어부(130)로부터 펄스 폭 제어 신호를 R 단자에 수신하는 경우 구동 스위칭 소자(40)를 턴-오프시킬 수 있는 음의 값(로우 레벨 또는 0)을 출력할 수 있다. 즉, 게이트 드라이버(144)는 기억 소자(142)의 출력 값을 기초로 스위칭 제어 신호를 출력할 수 있다.
도 3은 도 1에 있는 스위칭 제어 회로를 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 버퍼 증폭기(112)는 반전 증폭기(Inverting Amplifier)로 구현될 수 있다. 버퍼 증폭기(112)가 반전 증폭기로 구현되는 경우, 버퍼 증폭기(112)는 제1 비교기(112-1), 제1 및 제2 저항들(112-2, 112-3)을 포함할 수 있다. 버퍼 증폭기(112)는 CS 핀을 통해 센싱 전압(VCS)을 수신하여, 센싱 전압(VCS)을 반전시킬 수 있다. 일 실시예에서, 스위칭 제어 회로(100)는 구동 전류(IL)가 음의 전류(Negative Current)에 도달하는 시점을 검출하기 위하여 센싱 전압(VCS)이 음의 전압(Negative Voltage)에 도달하는 시점을 검출할 수 있다. 즉, 버퍼 증폭기(112)는 음의 센싱 전압(Negative VCS)이 제1 트리거 레벨(First Trigger Level)에 도달하는 것을 검출하기 위하여, 반전 전압(VI _ CS)을 출력할 수 있다.
스위칭 트리거 제어 모듈(114)은 반전 전압(VI _ CS)을 수신하여 반전 전압(VI_CS)이 제2 트리거 레벨(Second Trigger Level)에 도달하는 시점을 검출할 수 있다. 스위칭 트리거 제어 모듈(114)은 반전 전압(VI _ CS)이 제2 트리거 레벨에 도달하면 제1 스위칭 트리거 신호를 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 스위칭 트리거 제어 모듈(114)은 반전 전압(VI _ CS) 및 제2 트리거 레벨을 비교하여 센싱 전압(VCS)이 제1 트리거 레벨에 도달하는 시점을 검출할 수 있다.
톱니파 전압 생성 모듈(122)은 용량성 소자(122-1) 및 방전 스위칭 소자(122-2)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 톱니파 전압 생성 모듈(122)은 구동 스위칭 소자(40)가 턴-오프되는 구간 동안 정전류(ISAW)를 용량성 소자(122-1)에 충전시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 구동 스위칭 소자(40)가 턴-오프되면 방전 스위칭 소자(122-2)는 턴-오프될 수 있다. 여기에서, 방전 스위칭 소자(122-2)는 펄스 폭 변조 신호(PMW)를 기초로 턴-온될 수 있다. 용량성 소자(122-1)는 방전 스위칭 소자(122-2)가 턴-오프되면 정전류(ISAW)에 의하여 충전될 수 있고, 톱니파 전압(VSAW)은 용량성 소자(122-1)의 양단에 걸릴 수 있다. 정전류(ISAW)는 일정한 크기를 가질 수 있고, 톱니파 전압(VSAW)은 선형적으로 증가할 수 있다.
일 실시예에서, 톱니파 전압 생성 모듈(122)은 구동 스위칭 소자(40)가 턴-온되면 톱니파 전압(VSAW)을 초기화할 수 있다. 보다 구체적으로, 용량성 소자(122-1)는 방전 스위칭 소자(122-2)가 턴-온되면 순간적으로 방전될 수 있다. 방전 스위칭 소자(122-2)가 턴-온되면 정전류(ISAW)는 용량성 소자(122-1)에 충전되지 않고 그라운드로 흐를 수 있으며, 용량성 소자(122-1)의 양단에 걸리는 톱니파 전압(VSAW)은 초기화될 수 있다.
결과적으로, 톱니파 전압 생성 모듈(122)은 톱니파 전압(VSAW)을 최대 오프타임 제어 모듈(124) 및 최소 오프타임 제어 모듈(126)에 제공할 수 있고, 최대 오프타임 제어 모듈(124) 및 최소 오프타임 제어 모듈(126)은 톱니파 전압(VSAW)을 기초로 구동 스위칭 소자(40)의 오프타임을 제어할 수 있다.
최대 오프타임 제어 모듈(124)은 제1 구동 전류 구간에서 제2 스위칭 트리거 신호를 제공하여 구동 스위칭 소자(40)의 최대 오프타임을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 최대 오프타임 제어 모듈(124)은 톱니파 전압 생성 모듈(122)로부터 톱니파 전압(VSAW)을 수신하여 기 설정된 제1 기준 레벨(VMAX _ OFF)과 비교할 수 있다. 최대 오프타임 제어 모듈(124)은 톱니파 전압(VSAW)이 제1 기준 레벨(VMAX _ OFF)에 도달하면 제2 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있다. 여기에서, 제1 기준 레벨(VMAX _ OFF)은 구동 스위칭 소자(40)의 최대 오프타임을 지정하기 위하여 기 설정될 수 있다.
최소 오프타임 제어 모듈(126)은 최소 오프타임 제어 신호를 기초로 구동 스위칭 소자(40)의 최소 오프타임을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 최소 오프타임 제어 모듈(126)은 톱니파 전압 생성 모듈(122)로부터 톱니파 전압(VSAW)을 수신하여 기 설정된 제2 기준 레벨(VMIN _ OFF)과 비교할 수 있다. 최소 오프타임 제어 모듈(126)은 톱니파 전압(VSAW)이 기 설정된 제2 기준 레벨(VMIN _ OFF)에 도달하면 최소 오프타임 제어 신호를 제공할 수 있다. 최소 오프타임 제어 모듈(126)은 톱니파 전압(VSAW)이 제2 기준 레벨(VMIN _ OFF)에 도달한 시점부터 구동 스위칭 소자(40)가 턴-오프되는 시점까지 양의 값을 출력할 수 있다. 최소 오프타임 제어 모듈(126)은 톱니파 전압이 제2 기준 레벨에 도달하기 전까지 구동 스위칭 소자(40)의 턴-오프를 유지할 수 있다. 일 실시예에서, 센싱 전압(VCS)은 구동 스위칭 소자(40)가 턴-오프될 때 스위칭 노이즈의 영향을 받을 수 있고, 최소 오프타임 제어 모듈(126)은 스위칭 노이즈에 의한 오동작을 방지할 수 있다.
도 4는 도 1에 있는 스위칭 제어 회로의 버퍼 증폭기가 비반전 증폭기로 구현된 스위칭 제어 회로를 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 버퍼 증폭기(112)는 비반전 증폭기로 구현될 수 있다. 버퍼 증폭기(112)가 비반전 증폭기로 구현되는 경우, 버퍼 증폭기(112)는 제2 비교기(112-4), 제3 내지 제6 저항(112-5 ~ 112-8)을 포함할 수 있다. 버퍼 증폭기(112)는 CS 핀을 통해 센싱 전압(VCS)을 수신하여, 센싱 전압(VCS)과 위상이 동일한 비반전 전압(VNI _ CS)을 출력할 수 있다. 스위칭 트리거부(120)는 상기 비반전 증폭기의 출력(VNI _ CS) 및 기 설정된 제3 트리거 레벨(Third Trigger Level)을 비교하여 센싱 전압(VCS)이 제1 트리거 레벨(First Trigger Level)에 도달하는 시점을 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 센싱 전압(VCS)이 음의 전압에 도달하면, 비반전 전압(VNI _ CS)은 양의 전압에 해당할 수 있다(VNI _ CS = VREF2 + VCS). 즉, 버퍼 증폭기(112)는 음의 센싱 전압(Negative VCS)에 제2 기준 전압(VREF2)을 부가하여 비반전 전압(VNI _ CS)을 출력할 수 있고, 비반전 전압(VNI _ CS)의 범위는 제2 비교기(112-4)의 동작 영역 내에 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 스위칭 트리거 제어 모듈(114)은 비반전 전압(VNI _ CS)을 수신하여 비반전 전압(VNI _ CS)이 제3 트리거 레벨(Third Trigger Level)에 도달하는 시점을 검출할 수 있다. 스위칭 트리거 제어 모듈(114)은 비반전 전압(VNI _ CS)이 제3 트리거 레벨에 도달하면 제1 스위칭 트리거 신호를 출력할 수 있다.
도 5는 도 1 내지 도 4에 있는 스위칭 제어 회로 및 이를 포함하는 조명 장치의 동작을 나타내는 파형도이다.
일 실시예에서, 구동 전류(IL)는 제1 및 제2 구동 전류 구간들(510, 520)을 포함할 수 있다. 구동 전류(IL)는 제1 구동 전류 구간(510)에서 링잉(Ringing)이 발생할 수 있으나, 제2 구동 전류 구간(520)에서는 링잉이 제거되어 경계 전도 모드(Boundary Conduction Mode)가 구현될 수 있다.
구동 전류(IL)는 구동 스위칭 소자(40)가 턴-온되면 구동 스위칭 소자(40)를 통해 흐를 수 있고, 일정한 기울기를 가지고 증가할 수 있다. 일 실시예에서, 구동 전류(IL)의 증가 기울기는 인덕터(20)와 LED 모듈(10) 사이의 단자에 걸리는 전압과 비례하고, 인덕터(20)의 인덕턴스(L)와 반비례할 수 있다. 구동 스위칭 소자(40)가 턴-온되는 시점에서, [VIN - VOUT]의 전압이 인덕터(20)와 LED 모듈(10) 사이의 단자에 걸릴 수 있다. 즉, 구동 전류(IL)의 증가 기울기는 [(VIN - VOUT) / L](L은 인덕턴스)에 해당할 수 있다.
한편, 구동 전류(IL)는 구동 스위칭 소자(40)가 턴-오프되면 다이오드(30)를 통해 LED 모듈(10)로 흐를 수 있다. 즉, 구동 전류(IL)는 다이오드(30)의 양단에 걸리는 전압(VDIODE)에 의하여 다이오드(30)를 통해 LED 모듈로 흐를 수 있다. 구동 스위칭 소자(40)가 턴-오프되면 인덕터(20)에 충전된 전류가 방전되기 때문에, 구동 전류(IL)는 일정한 기울기를 가지고 감소할 수 있다.
일 실시예에서, 구동 전류(IL)의 감소 기울기는 LED 모듈(10)의 양단에 걸리는 전압과 비례하고, 인덕터(20)의 인덕턴스(L)와 반비례할 수 있다. 도 1에서, [VOUT]의 전압이 LED 모듈(10)의 양단에 걸릴 수 있다. 즉, 구동 전류(IL)의 감소 기울기는 [-VOUT / L] (L은 인덕턴스)에 해당할 수 있다. 보다 구체적으로, 구동 전류(IL)가 제로에 도달하면 인덕터(20)의 양단에 걸리는 전압이 제로가 될 수 있다. 따라서, 구동 전류(IL)는 제로 전류에 도달한 이후에도 계속 감소할 수 있고, 구동 스위칭 소자(40)의 턴-온 시점에서 최소 피크 레벨에 도달할 수 있다.
일 실시예에서, 드레인 전압(VD)은 구동 스위칭 소자(40)가 턴-오프되면 [VIN + VDIODE]의 일정한 전압을 유지할 수 있고, 구동 전류(IL)가 특정 전류(또는 제로 전류) 이하로 떨어지면 드레인 전압(VD)이 급격하게 감소할 수 있다. 드레인 전압(VD)이 급격하게 감소하여 드레인 전압(VD)과 인덕터(20)와 LED 모듈(10) 사이의 단자에 걸리는 전압(VIN - VOUT)이 동일해지면(VD = VIN - VOUT), 구동 스위칭 소자(40)는 턴-온될 수 있고 구동 전류(IL)는 일정한 기울기를 가지고 증가할 수 있다.
일 실시예에서, 구동 스위칭 소자(40)가 턴-온되면 구동 전류(IL)가 증가하기 때문에, 센싱 전압(VCS)은 일정한 기울기를 가지고 증가할 수 있고, 구동 스위칭 소자(40)가 턴-오프되면 구동 전류(IL)가 센싱 저항(50)으로 흐르지 않기 때문에 센싱 전압(VCS)은 제로 전압을 유지할 수 있다.
일 실시예에서, 버퍼 증폭기(112)가 반전 증폭기로 구현되는 경우, 버퍼 증폭기(112)는 센싱 전압(VCS)을 반전시켜 반전 전압(VI _ CS)을 출력할 수 있다. 반전 전압(VI_CS)의 위상은 센싱 전압(VCS)의 위상과 반대가 될 수 있다.
일 실시예에서, 센싱 전압(VCS)이 음의 전압에 도달하면, 반전 전압(VI _ CS)은 양의 전압(Positive Voltage)에 해당할 수 있다(VI _ CS = 2 * VREF - VCS). 한편, 센싱 전압(VCS)이 양의 전압에 해당하고 센싱 전압(VCS)의 크기가 두 배의 기준 전압보다 크면(VCS > 2 * VREF), 반전 전압(VI _ CS)은 제로 전압(Zero Voltage)에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 톱니파 전압(VSAW)은 구동 스위칭 소자(40)가 턴-오프되면 정전류(ISAW)에 의하여 충전될 수 있고, 구동 스위칭 소자(40)가 턴-온되면 순간적으로 방전될 수 있다. 톱니파 전압(VSAW)은 제1 구동 전류 구간(510)에서 제1 기준 레벨(VMAX _ OFF)까지 증가할 수 있고, 최대 오프타임 제어 모듈(124)은 톱니파 전압(VSAW)이 제1 기준 레벨(VMAX _ OFF)에 도달하는 시점에서 제2 스위칭 트리거 신호(Second Switching Trigger Signal)를 제공할 수 있다. 한편, 제2 구동 전류 구간(520)에서의 스위칭 제어 신호(Switching Control Signal)의 턴-오프 시간은 제1 구동 전류 구간(510)에서보다 짧을 수 있고, 톱니파 전압(VSAW)의 충전 시간 역시 감소할 수 있다. 즉, 제2 구동 전류 구간(520)에서의 톱니파 전압(VSAW)은 제1 기준 레벨(VMAX _ OFF)에 도달하기 전에 초기화될 수 있다. 결과적으로, 최대 오프타임 제어 모듈(124)은 제1 구동 전류 구간(510)에서 제2 스위칭 트리거 신호를 앤드 게이트(150)의 일단에 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 센싱 전압(VCS)은 제2 구동 전류 구간(520)에서 제1 트리거 레벨(First Trigger Level)에 도달할 수 있고, 반전 전압(VI _ CS)은 제2 구동 전류 구간(520)에서 제2 트리거 레벨(Second Trigger Level)에 도달할 수 있다. 스위칭 트리거부(110)는 센싱 전압(VCS)이 기 설정된 음의 레벨(Negative Level)에 도달하면, 경계 전도 모드를 구현하기 위한 제1 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있다. 여기에서, 제1 트리거 레벨은 음의 전압(Negative Voltage)에 해당할 수 있고, 제2 트리거 레벨은 양의 전압(Positive Voltage)에 해당할 수 있다. 스위칭 트리거부(110)는 제2 구동 전류 구간(520)에서 반전 전압(VI _ CS)이 제2 트리거 레벨에 도달하면 제1 스위칭 트리거 신호(First Switching Trigger Signal)를 오어 게이트(160)의 일단에 제공할 수 있다.
도 6은 도 1에 있는 스위칭 제어 회로 및 이를 포함하는 조명 장치의 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
스위칭 트리거부(110)는 제1 및 제2 구동 전류 구간들(510, 520)을 포함하는 구동 전류(IL)를 센싱한 센싱 전압(VCS)을 수신할 수 있다. 센싱 전압(VCS)은 CS 핀을 통해 스위칭 트리거부(110)에 인가될 수 있다(단계 S610).
오프타임 제어부(120)는 제1 구동 전류 구간(510)에서 제2 스위칭 트리거 신호를 제공하여 구동 스위칭 소자(40)의 최대 오프타임을 제어할 수 있다. 또한, 오프타임 제어부(120)는 구동 스위칭 소자(40)가 턴-오프된 후 일정 시간 동안 구동 스위칭 소자(40)의 턴-온을 방지할 수 있다(단계 S620).
스위칭 트리거부(110)는 제2 구동 전류 구간(520)에서 센싱 전압(VCS)을 기초로 제1 스위칭 트리거 신호를 제공할 수 있다(단계 S630).
스위칭 제어부(140)는 제1 또는 제2 스위칭 트리거 신호를 기초로 구동 스위칭 소자(40)를 턴-온시킬 수 있다. 즉, 스위칭 제어부(140)는 센싱 전압(VCS)이 제1 트리거 레벨에 도달하거나 구동 스위칭 소자(40)의 턴-오프 타임이 기 설정된 최대 오프타임에 도달하면 구동 스위칭 소자(40)를 턴-온시킬 수 있다(단계 S640).
따라서, 스위칭 제어 회로(100) 및 이를 포함하는 조명 장치는 외부 고내압 소자를 사용하지 않고 구동 전류가 제로에 도달하는 시점을 검출할 수 있고, 구동 스위칭 소자의 턴-온 시점을 제어할 수 있다. 또한, 스위칭 제어 회로(100) 및 이를 포함하는 조명 장치는 외부 고내압 소자를 사용하지 않고 경계 전도 모드를 구현하여 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: LED 모듈 20: 인덕터
30: 다이오드 40: 구동 스위칭 소자
50: 센싱 저항
100: 스위칭 제어 회로
110: 스위칭 트리거부 112: 버퍼 증폭기
112-1: 제1 비교기 112-2, 112-3: 제1 및 제2 저항들
112-4: 제2 비교기 112-5 ~ 112-8: 제3 내지 제6 저항들
114: 스위칭 트리거 제어 모듈
120: 오프타임 제어부 122: 톱니파 전압 생성 모듈
122-1: 용량성 소자 122-2: 방전 스위칭 소자
124: 최대 오프타임 제어 모듈 126: 최소 오프타임 제어 모듈
130: 펄스 폭 제어부 140: 스위칭 제어부
142: 기억 소자 144: 게이트 드라이버
150: 앤드 게이트 160: 오어 게이트
510, 520: 제1 및 제2 구동 전류 구간들

Claims (19)

  1. 제1 및 제2 구동 전류 구간들을 포함하는 구동 전류를 센싱한 센싱 전압을 수신하고 상기 제2 구동 전류 구간에서 상기 센싱 전압이 제1 트리거 레벨에 도달하면 제1 스위칭 트리거 신호를 제공하는 스위칭 트리거부;
    상기 제1 구동 전류 구간에서 제2 스위칭 트리거 신호를 제공하여 구동 스위칭 소자의 최대 오프타임을 제어하는 오프타임 제어부; 및
    상기 제1 또는 제2 스위칭 트리거 신호를 기초로 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 스위칭 제어부를 포함하는 스위칭 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 스위칭 제어 신호의 펄스 폭을 제어하기 위하여 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 시점에 펄스 폭 제어 신호를 제공하는 펄스 폭 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 트리거부는
    상기 구동 전류의 링잉이 제거되면 제1 스위칭 트리거 신호를 제공하여 경계 전도 모드를 구현하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 트리거부는
    상기 센싱 전압이 기 설정된 음의 레벨(Negative Level)에 도달하면, 경계 전도 모드를 구현하기 위한 제1 스위칭 트리거 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 오프타임 제어부는
    상기 구동 스위칭 소자가 턴-오프된 후 일정 시간 동안 구동 스위칭 소자의 턴-온을 방지하는 최소 오프타임 제어 신호를 제공하여 상기 구동 스위칭 소자의 최소 오프타임을 제어하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 오프타임 제어부는
    상기 구동 스위칭 소자가 턴-오프되는 구간 동안 정전류를 용량성 소자에 충전하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 오프타임 제어부는
    상기 용량성 소자의 양단에 걸리는 톱니파 전압이 기 설정된 제1 기준 레벨에 도달하면 제2 스위칭 트리거 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 오프타임 제어부는
    상기 톱니파 전압이 기 설정된 제2 기준 레벨에 도달하기 전까지 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프를 유지하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  10. 제8항에 있어서, 상기 오프타임 제어부는
    상기 구동 스위칭 소자가 턴-온되면 상기 톱니파 전압을 초기화하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  11. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 트리거부는
    상기 센싱 전압의 동작 영역을 제어하기 위한 버퍼 증폭기(Buffer Amplifier)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  12. 제11항에 있어서, 상기 버퍼 증폭기는
    반전 증폭기 또는 비반전 증폭기로 구현되는 것을 특징으로 스위칭 제어 회로.
  13. 제12항에 있어서, 상기 스위칭 트리거부는
    상기 버퍼 증폭기가 반전 증폭기로 구현되는 경우, 상기 반전 증폭기의 출력 및 기 설정된 제2 트리거 레벨을 비교하여 상기 센싱 전압이 상기 제1 트리거 레벨에 도달하는 시점을 검출하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  14. 제12항에 있어서, 상기 스위칭 트리거부는
    상기 버퍼 증폭기가 비반전 증폭기로 구현되는 경우, 상기 비반전 증폭기의 출력 및 기 설정된 제3 트리거 레벨을 비교하여 상기 센싱 전압이 상기 제1 트리거 레벨에 도달하는 시점을 검출하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  15. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는
    상기 구동 스위칭 소자의 최소 오프타임이 경과하고 상기 센싱 전압이 제1 트리거 레벨에 도달하면 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  16. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는
    상기 센싱 전압이 제1 트리거 레벨에 도달하거나 상기 구동 스위칭 소자의 턴-오프 타임이 기 설정된 최대 오프타임에 도달하면, 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키기 위한 스위칭 제어 신호를 출력하는 게이트 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  17. 제2항에 있어서, 상기 스위칭 제어부는
    상기 스위칭 트리거부, 상기 오프타임 제어부 및 상기 펄스 폭 제어부의 출력 변화 시점을 기초로 구동 스위칭 소자를 턴-온 또는 턴-오프시키기 위한 펄스 폭 변조 신호를 제공하는 기억 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 제어 회로.
  18. LED(Light Emitting Diode) 모듈;
    상기 LED 모듈과 직렬 연결된 인덕터;
    상기 인덕터와 직렬 연결된 구동 스위칭 소자; 및
    상기 LED 모듈을 구동시키는 구동 전류를 센싱하여 상기 구동 전류가 음의 전류에 도달하면 스위칭 트리거 신호를 제공하는 스위칭 제어 회로를 포함하고,
    상기 스위칭 제어 회로는
    제1 및 제2 구동 전류 구간들을 포함하는 구동 전류를 센싱한 센싱 전압을 수신하고 상기 제2 구동 전류 구간에서 상기 센싱 전압이 제1 트리거 레벨에 도달하면 제1 스위칭 트리거 신호를 제공하는 스위칭 트리거부;
    상기 제1 구동 전류 구간에서 제2 스위칭 트리거 신호를 제공하여 구동 스위칭 소자의 최대 오프타임을 제어하는 오프타임 제어부; 및
    상기 제1 또는 제2 스위칭 트리거 신호를 기초로 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 스위칭 제어부를 포함하는 발광 다이오드 조명 장치.
  19. 제1 및 제2 구동 전류 구간들을 포함하는 구동 전류를 센싱한 센싱 전압을 수신하고 상기 제2 구동 전류 구간에서 상기 센싱 전압이 제1 트리거 레벨에 도달하면 제1 스위칭 트리거 신호를 제공하는 단계;
    상기 제1 구동 전류 구간에서 제2 스위칭 트리거 신호를 제공하여 구동 스위칭 소자의 최대 오프타임을 제어하는 단계; 및
    상기 제1 또는 제2 스위칭 트리거 신호를 기초로 상기 구동 스위칭 소자를 턴-온시키는 단계를 포함하는 트리거 방법.
KR1020150083499A 2015-06-12 2015-06-12 스위칭 제어 회로, 이를 포함하는 조명 장치 및 스위칭 제어 방법 Active KR102135985B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150083499A KR102135985B1 (ko) 2015-06-12 2015-06-12 스위칭 제어 회로, 이를 포함하는 조명 장치 및 스위칭 제어 방법
US15/159,356 US9609705B2 (en) 2015-06-12 2016-05-19 Switching control circuit, light apparatus comprising the same and switching control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150083499A KR102135985B1 (ko) 2015-06-12 2015-06-12 스위칭 제어 회로, 이를 포함하는 조명 장치 및 스위칭 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160147177A KR20160147177A (ko) 2016-12-22
KR102135985B1 true KR102135985B1 (ko) 2020-07-21

Family

ID=57517569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150083499A Active KR102135985B1 (ko) 2015-06-12 2015-06-12 스위칭 제어 회로, 이를 포함하는 조명 장치 및 스위칭 제어 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9609705B2 (ko)
KR (1) KR102135985B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102470391B1 (ko) * 2020-12-23 2022-11-25 알에스오토메이션주식회사 전류 제어 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009272255A (ja) * 2008-05-09 2009-11-19 Panasonic Electric Works Co Ltd 放電灯点灯装置、照明装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200640120A (en) * 2005-05-04 2006-11-16 Richtek Techohnology Corp Control circuit and corresponding control method of flyback voltage converter
US7480159B2 (en) * 2007-04-19 2009-01-20 Leadtrend Technology Corp. Switching-mode power converter and pulse-width-modulation control circuit with primary-side feedback control
CN102387628B (zh) * 2010-08-31 2014-01-29 比亚迪股份有限公司 一种led调光控制电路
JP5771982B2 (ja) * 2010-12-27 2015-09-02 ミツミ電機株式会社 スイッチング電源装置
TWI496504B (zh) * 2013-04-26 2015-08-11 Unity Opto Technology Co Ltd Variable power dimming control circuit

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009272255A (ja) * 2008-05-09 2009-11-19 Panasonic Electric Works Co Ltd 放電灯点灯装置、照明装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20160366736A1 (en) 2016-12-15
US9609705B2 (en) 2017-03-28
KR20160147177A (ko) 2016-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11540372B2 (en) Power converter, LED driver and control method
US11316421B2 (en) Apparatus, dimmable light emitting diode driver and control method
US10433384B2 (en) LED driver with silicon controlled dimmer, apparatus and control method thereof
US9484814B2 (en) Power converter controller with analog controlled variable current circuit
US20200205263A1 (en) Switch control systems for light emitting diodes and methods thereof
US8890425B2 (en) Blend dimming circuits and relevant methods
US9614448B2 (en) Switching power-supply device
US10199919B2 (en) Zero dead time control circuit
US9431907B2 (en) Switching regulator incorporating operation monitor
KR20170002329A (ko) 스위치 제어 회로 및 이를 포함하는 벅 컨버터
EP3675603B1 (en) Driving circuit and driving method for driving light emitting diode load
KR102072256B1 (ko) 전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치
JP4753729B2 (ja) スイッチング制御回路
KR102135985B1 (ko) 스위칭 제어 회로, 이를 포함하는 조명 장치 및 스위칭 제어 방법
KR102213603B1 (ko) 트리거 회로, 이를 포함하는 조명 장치 및 트리거 방법
US20190372461A1 (en) Synchronous converter
KR102207626B1 (ko) 전류 보상 회로 및 이를 포함하는 조명 장치
TWM522537U (zh) 開回路定電流驅動電路
CN106033902B (zh) 切换式充电器
WO2011050421A1 (en) Improved method and apparatus for dimming a lighting device
KR102835396B1 (ko) 스위치 제어 회로 및 그 제어 방법
KR20170006475A (ko) SMPS (Switching Mode Power Supply) 기반의 LED 구동장치 및 구동방법
KR20220146208A (ko) 스위치 제어 회로 및 그 제어 방법
US9537399B2 (en) Direct current control with low E-M emission
KR20160111328A (ko) 스위칭 모드 전원 제어장치

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20150612

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20181121

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20150612

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20191230

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20200710

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20200714

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20200714

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230626

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20240625

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20250625

Start annual number: 6

End annual number: 6