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KR102506841B1 - Pwm 듀티비 제어 장치 - Google Patents

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KR102506841B1
KR102506841B1 KR1020160062149A KR20160062149A KR102506841B1 KR 102506841 B1 KR102506841 B1 KR 102506841B1 KR 1020160062149 A KR1020160062149 A KR 1020160062149A KR 20160062149 A KR20160062149 A KR 20160062149A KR 102506841 B1 KR102506841 B1 KR 102506841B1
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constant current
charging
pwm
discharge
reference voltage
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박충섭
노태선
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 PWM 듀티비를 향상시키기 위하여 충전 또는 방전 시의 설정 방식이 변경된 회로 기술에 관한 것으로, 외부 소자에 충전 또는 방전 시간이 삼각파형으로 시간 설정이 가능하도록 하는 PWM 듀티비 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 PWM 듀티비 제어 장치는 반도체 내에 구비된 연산 증폭부로부터 PWM 발생용 삼각파 전압의 상한값 및 하한값의 검출을 수신하는 출력 제어부, 외부 캐패시터의 충전 전류를 공급하는 충전 정전류부 및 상기 외부 캐패시터의 방전 전류를 공급하는 방전 정전류부를 포함한다.

Description

PWM 듀티비 제어 장치{Apparatus for controlling duty rate of PWM}
본 발명은 PWM 듀티비 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PWM 듀티비를 향상시키기 위하여 충전 또는 방전 시의 시간의 설정 방식이 변경된 회로 기술에 관한 것이다.
LED는 순방향 전류(forward current)에 비례하여 밝기가 변화하는 소자이다. LED의 광량을 제어하는 방법으로는 아날로그 감광(dimming)-순방향 전류(forward current)의 크기를 제어하는 방법과 디지털 감광(dimming)-순방향 전류(forward current)의 PWM duty를 제어하는 방법이 사용되고 있다.
아날로그 감광 방법만으로는 전류량에 따라 LED 광의 색도 편차가 발생하는 문제가 있어서 디지털 감광을 사용하는데, 넓은 범위의 듀티비(duty ratio) 영역에서 PWM 듀티비의 정확도가 높아야 정확도가 높은 광량 제어를 할 수 있다.
PWM을 생성하는 가장 간편한 방법은 저항과 커패시터 회로(RC circuit)에서 커패시터의 충방전에 의해 발생하는 톱니파를 이용하는 방법인데, 커패시터 충방전의 지수함수(exponential function)적인 특성에 의해 특히 낮은 듀티비에서 정확한 PWM 듀티비를 얻을 수 없다.
일반적으로 정확한 PWM 듀티비를 얻기 위해서는 마이컴 또는 정밀도가 높은 타이머 발생장치를 이용하여 정밀한 구형파 파형을 발생시켜야 하나, 이러한 장치를 LED에 추가하면, 구성이 복잡해지고 장치의 크기가 커지며 또한 장치의 가격도 증가하는 단점이 있다.
[특허문헌]한국등록특허 1272595호.
본 발명은 PWM 듀티비를 향상시키기 위하여 충전 또는 방전 시의 설정 방식이 변경된 회로 기술에 관한 것으로, 외부 소자에 충전 또는 방전 시간이 삼각파형으로 시간 설정이 가능하도록 하는 PWM 듀티비의 정확도를 향상시키기 위한 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 PWM 듀티비 제어 장치는 반도체 내에 구비된 연산 증폭부로부터 PWM 발생용 삼각파 전압(VPWMI)의 상한값 및 하한값 검출을 수신하는 출력 제어부, 외부 캐패시터의 충전 전류를 공급하는 충전 정전류부 및 상기 외부 캐패시터의 방전 전류를 공급하는 방전 정전류부를 포함한다.
또한, 상기 반도체 내에 상기 충전 정전류부를 각각 온 또는 오프를 제어하는 제 1 스위치 및 방전 정전류부를 각각 온 또는 오프를 제어하는 제 2 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 스위치는 PWM 발생용 삼각파 전압이 레퍼런스 전압(H)보다 작거나 같은 경우에 온이 되고, PWM 발생용 삼각파 전압이 레퍼런스 전압(H)보다 큰 경우에 오프될 수 있다.
또한, 상기 제 2 스위치는 PWM 발생용 삼각파 전압이 레퍼런스 전압(L)보다 크거나 같은 경우에 온이 되고, PWM 발생용 삼각파 전압이 레퍼런스 전압(L)보다 작은 경우에 오프될 수 있다.
또한, 상기 충전 전류 및 상기 방전 전류의 크기를 각각 조절하는 외부 저항을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 연산 증폭부는 상기 PWM 발생용 삼각파 전압의 상한값을 비교하는 제 1 연산 증폭부 및 상기 PWM 발생용 삼각파 전압의 하한값을 비교하는 제 2 연산 증폭부를 포함할 수 있다.
본 기술은 PWM 듀티비의 정확도를 향상시키기 위하여 충전 및 방전 시의 설정 방식이 변경된 회로 기술에 관한 것으로, 외부 소자에 충전 및 방전 시간이 삼각파형으로 시간 설정이 가능하도록 하는 기술이다.
아울러, 본 기술은 PWM 듀티비의 정확도를 향상시키기 위하여 타이머 또는 마이컴(Microcomputer)과 같은 소자들을 이용하지 않아서 원가 절감이 가능한 기술이다.
아울러, 본 기술은 소자의 회로를 단순하게 구성하여 PCB 패키지의 축소가 가능한 기술이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 PWM 듀티비 제어 장치의 회로도를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 PWM 듀티비에서 시간에 따라 정확도가 향상된 그래프를 설명하는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 본 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나. 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
본 명세서에서 '및/또는'이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는/결합되는'이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는'으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 의미한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 PWM 듀티비 제어 장치의 회로도를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 반도체(105) 내부에 구비된 출력 제어부(100, Output Control)는 PWM 발생용 삼각파 전압의 상한값을 비교하는 제 1 연산 증폭부(110, OP AMP) 및 PWM 발생용 삼각파 전압의 하한값을 비교하는 제 2 연산 증폭부(120, OP AMP)의 신호를 수신하고, 외부 커패시터(170)의 충전 전류 및 방전 전류를 공급하는 충전 정전류부(130, IPWM_SET) 및 방전 정전류부(140, IPWM-RST)을 각각 두 개의 스위치로 온 또는 오프를 제어한다.
여기서, 두 개의 스위치 중 하나의 스위치는 제 1 스위치(150)로 명명하고, 다른 스위치는 제 2 스위치(160)로 명명할 수 있다.
이때, 제 1 스위치(150)는 PWM 발생용 삼각파 전압(VPWMI)≤레퍼런스 전압(H)(VPWMI(H))인 경우에 온이 되고, PWM 발생용 삼각파 전압(VPWMI)＞레퍼런스 전압(H)(VPWMI(H))인 경우에 오프된다.
또한, 제 2 스위치(160)는 PWM 발생용 삼각파 전압(VPWMI)≥레퍼런스 전압(L)(VPWMI(L))인 경우에 온이 되고, PWM 발생용 삼각파 전압(VPWMI)<레퍼런스 전압(L)(VPWMI(L))인 경우에 오프된다.
여기서, 레퍼런스 전압(H)은 상한(최대) 레퍼런스 전압이고, 레퍼런스 전압(L)은 하한(최소) 레퍼런스 전압을 일컫는다.
제 1 연산 증폭부(110, OP AMP)는 상한 레퍼런스 전압을 설정하고, 외부 커패시터(170)의 충전 전압과 상한 레퍼런스 전압(VPWMI(H))과의 비교를 통해 PWM 발생용 삼각파의 상한값 도달을 검출한다.
제 2 연산 증폭부(120, OP AMP)는 하한 레퍼런스 전압을 설정하고, 외부 커패시터(170)의 방전 전압과 하한 레퍼런스 전압(VPWMI(L))과의 비교를 통해 PWM 발생용 삼각파의 하한값 도달을 검출한다.
충전 정전류부(130, IPWM-SET)는 외부 커패시터(170) 소자를 정전류로 충전하는 역할을 한다. 출력 제어부(100)에 의해 반도체(105) 내부의 제 1 스위치(150)로 온/오프 제어되며, 전류의 크기는 제 1 외부 저항(200, RPWM_SET)에 의해 설정된다.
방전 정전류부(140, IPWM-RST)는 외부 커패시터(170)를 정전류로 방전시키는 역할을 한다. 출력 제어부(100)에 의해 반도체(105) 내부의 제 2 스위치(160)로 온/오프 제어되며, 전류의 크기는 제 2 외부 저항(210, RPWM_RST)에 의해 설정된다.
충전 레퍼런스 전압(180, VREF_SET)은 제 1 외부 저항(200, RPWM_SET)과 연계하여 충전 정전류부(130, IPWM-SET)의 크기 및 PWM 최대 전류값을 조절한다.
방전 레퍼런스 전압(190, VREF_RST)은 제 2 외부 저항(210, RPWM_RST)과 연계하여 방전 정전류부(140, IPWM-RST)의 크기를 조절한다.
여기서, 충전 정전류부(130, IPWM-SET), 방전 정전류부(140, IPWM-RST)의 크기 값에 따라 충전 시간 및 방전 시간이 조절된다. 충전 정전류부(130, IPWM-SET) 및 방전 정전류부(140, IPWM-RST)의 크기 값이 클수록 빨리 충전되거나 방전되고, 충전 정전류부(130, IPWM-SET) 및 방전 정전류부(140, IPWM-RST)의 크기 값이 작을수록 천천히 충전되거나 방전된다.
외부 커패시터(170)는 충전 정전류부(130, IPWM-SET) 및 방전 정전류부(140, IPWM-RST)에 의해서 삼각파형 형태로 충전 또는 방전된다. 이러한 외부 커패시터(170)의 용량의 크기에 따라서 충방전 시간과 PWM 주파수가 결정된다.
외부 저항(RPWM_SET 및 RPWM_RST)은 제 1 외부 저항(200, RPWM_SET) 및 제 2 외부 저항(210, RPWM_RST)으로 분류되고, 제 1 외부 저항(200, RPWM_SET)과 연계하여 충전 정전류부(130, IPWM-SET)의 크기 및 PWM 최대 전류값을 조절하며, 제 2 외부 저항(210, RPWM_RST)과 연계하여 방전 정전류부(140, IPWM-RST)의 크기를 조절한다.
여기서, 외부 저항(RPWM_SET 및 RPWM_RST)은 PWM 발생용 삼각파 전압의 상한값 및 하한값의 설정이 가능하고, LED 드라이버의 아날로그 최대 출력 전류값을 설정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 PWM 듀티비에서 시간에 따라 정확도가 향상된 그래프를 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, PWM 듀티비에서 시간에 따라 충전값 또는 방전값이 시간에 따라 선형적인 형태의 삼각파형으로 개시되어서 PWM 듀티비가 시간에 따라 정확도가 향상됨을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 기술은 PWM 듀티비의 정확도를 향상시키기 위하여 충전 및 방전 시의 설정 방식이 변경된 회로 기술에 관한 것으로, 외부 소자에 충전 및 방전 시간이 삼각파형으로 시간 설정이 가능하도록 하는 기술이다.
아울러, 본 기술은 PWM 듀티비의 정확도를 향상시키기 위하여 타이머 또는 마이컴(Microcomputer)과 같은 소자들을 이용하지 않아서 원가 절감이 가능한 기술이다.
아울러, 본 기술은 소자의 회로를 단순하게 구성하여 PCB 패키지의 축소가 가능한 기술이다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 구성과 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims (6)

  1. 반도체 내에 구비된 연산 증폭부로부터 PWM 발생용 삼각파 전압의 상한값 및 하한값의 검출을 수신하는 출력 제어부;
    외부 캐패시터의 충전 전류를 공급하는 충전 정전류부; 및
    상기 외부 캐패시터의 방전 전류를 공급하는 방전 정전류부;
    상기 충전 정전류부의 크기를 조절하는 충전 레퍼런스 전압;
    상기 방전 정전류부의 크기를 조절하는 방전 레퍼런스 전압;
    상기 충전 정전류부 및 상기 충전 레퍼런스 전압과 연결되어, 상기 충전 정전류부의 크기를 조절하는 제1 외부 저항; 및
    상기 방전 정전류부 및 상기 방전 레퍼런스 전압과 연결되어, 상기 방전 정전류부의 크기를 조절하는 제2 외부 저항;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 듀티비 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 내에 상기 충전 정전류부를 각각 온 또는 오프를 제어하는 제 1 스위치 및 방전 정전류부를 각각 온 또는 오프를 제어하는 제 2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 듀티비 제어 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 스위치는 PWM 발생용 삼각파 전압이 레퍼런스 전압(H)보다 작거나 같은 경우에 온이 되고, PWM 발생용 삼각파 전압이 레퍼런스 전압(H)보다 큰 경우에 오프되는 것을 특징으로 하는 PWM 듀티비 제어 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 2 스위치는 PWM 발생용 삼각파 전압이 레퍼런스 전압(L)보다 크거나 같은 경우에 온이 되고, PWM 발생용 삼각파 전압이 레퍼런스 전압(L)보다 작은 경우에 오프되는 것을 특징으로 하는 PWM 듀티비 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 연산 증폭부는
    상기 PWM 발생용 삼각파 전압의 상한값을 비교하는 제 1 연산 증폭부; 및
    상기 PWM 발생용 삼각파 전압의 하한값을 비교하는 제 2 연산 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PWM 듀티비 제어 장치.

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