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KR20060116736A - 발광 다이오드 구동 회로 및 이 회로의 제어 방법 - Google Patents

발광 다이오드 구동 회로 및 이 회로의 제어 방법 Download PDF

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KR20060116736A
KR20060116736A KR1020060041960A KR20060041960A KR20060116736A KR 20060116736 A KR20060116736 A KR 20060116736A KR 1020060041960 A KR1020060041960 A KR 1020060041960A KR 20060041960 A KR20060041960 A KR 20060041960A KR 20060116736 A KR20060116736 A KR 20060116736A
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주니치 이케다
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가부시키가이샤 리코
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Abstract

본 발명은 발광 다이오드의 구동 효율을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 구동 회로 및 이 발광 다이오드 구동 회로의 제어 방법을 제공한다.
드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 드레인 전류를 소정의 정전류 값으로 설정하기 위한 기준 게이트 전압(Vgs0), 및 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 드레인 전류가 상기 정전류 값으로 되기 위하여 필요한 최저 드레인 전압(Vds0)을 각각 출력하는 바이어스 전압 설정 회로(4)와, 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 드레인 전압 및 최저 드레인 전압(Vds0)이 입력되고, 최저 드레인 전압(Vds0)보다 작은 드레인 전압을 순차적으로 출력하는 전압 검출 회로(3)를 구비하며, 전원 공급 회로(2)는 최저 드레인 전압(Vds0)과 드레인 전압(Vdsx)이 각각 입력되고, 드레인 전압(Vdsx)이 최저 드레인 전압(Vds0) 이상으로 되도록 출력 전압(Vout)을 제어한다.
발광 다이오드 구동 회로, 전원 공급 회로, 전압 검출 회로, 바이어스 전압 설정 회로, 비례 전류 생성 회로

Description

발광 다이오드 구동 회로 및 이 회로의 제어 방법{A LIGHT-EMITTING DIODE DRIVE CIRCUIT AND METHOD OF CONTROLLING THE CIRCUIT}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로의 구성예를 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 전압 검출 회로(3)의 회로예를 나타낸 도면.
도 3은 도 1의 바이어스 전압 설정 회로(4)의 회로예를 나타낸 도면.
도 4는 종래의 발광 다이오드 구동 회로의 회로예를 나타낸 도면.
도 5는 종래의 발광 다이오드 구동 회로의 다른 회로예를 나타낸 도면.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
　1　 발광 다이오드 구동 회로
　2　 전원 공급 회로
　3　 전압 검출 회로
　4　 바이어스 전압 설정 회로
　21　 비례 전류 생성 회로
　22　 전압 생성 회로
　LED1~LED4　 발광 다이오드
　M1~M4　 드라이브 트랜지스터
　C1　 바이패스(bypath) 콘덴서
본 발명은 휴대 전자 기기에 사용되는 LCD 표시 장치의 백 라이트에 이용되는 발광 다이오드의 구동을 수행하는 발광 다이오드 구동 회로 및 제어 방법에 관한 것이고, 특히 발광 다이오드의 구동 효율을 높일 수 있는 발광 다이오드 구동 회로 및 제어 방법에 관한 것이다.
휴대 전화 등 휴대 전자 기기에 이용되는 LCD 표시 장치의 백 라이트에는 복수개의 백색 발광 다이오드가 사용되어 있다.
복수개의 백색 발광 다이오드를 휘도가 균일하게 발광시키기 위해서는, 일반적으로 정전류 구동에 의한 방식이 이용되고 있었다 (예컨대, 일본 특허 공개 공보 2001－325703호 참조).
도 4는 이와 같은 정전류 구동 방식의 발광 다이오드 구동 회로의 회로예를 나타낸 도면이다.
도 4의 회로에서는 발광 다이오드(LED101)의 구동 전류(iL)는 기준 전압(Vc)을 저항(R101)의 저항값 r101로 나눈 값, 즉 iL = Vc/r101로 된다.
도 4의 회로는 저항(R101)의 전압 강하가 기준 전압(Vc)과 동일하게 되도록 발광 다이오드(LED101)의 구동 전류를 제어하고 있기 때문에, 배터리 전압(Vbat)으 로서 발광 다이오드(LED101)의 순방향 전압에 기준 전압(Vc)을 더한 전압보다 큰 전압이 필요하게 되는 결점이 있다. 나아가, 사용 경과에 따라 배터리 전압(Vbat)이 저하해 가는 것을 고려하면, 배터리 전압(Vbat)은 발광 다이오드(LED101)의 순방향 전압(VF)에 기준 전압(Vc)을 더한 전압보다 아주 큰 전압이 필요하게 되므로, 발광 다이오드(LED101) 이외에서 소비하는 전력이 많아져 전원 효율이 저하한다.
한편, 도 5는 발광 다이오드 구동 회로의 다른 종래예를 나타낸 도면이다(예컨대, 일본 특허 공개 공보 2004－166342호 참조). 도 5의 회로에서는 발광 다이오드(LED111)의 전원에 충전 펌프 회로(111)를 채용하여 배터리 전압(Vbat)의 전압 변동의 영향을 배제하고 있다. 또, 발광 다이오드(LED111)의 동작/비동작을 스위칭 제어 회로(113)로 제어함과 동시에, 발광 다이오드(LED111)의 동작 상태를 LED 오프 검출 회로(112)로 검출하고, 비동작 상태인 경우에는 허가(enable) 신호를 무효 상태로 하여 충전 펌프 회로(111)의 동작을 정지시킴으로써 전원 효율의 향상을 도모하고 있다.
그러나, 도 5의 발광 다이오드 구동 회로도 도 4와 마찬가지로, 정전류 회로에 저항(R111)을 사용하고 있기 때문에, 충전 펌프 회로(111)의 출력 전압(Vout)에는 발광 다이오드(LED111)의 순방향 전압에 저항(R111)에서의 전압 강하 분을 더한 전압이 필요하므로, 발광 다이오드(LED111) 이외에서 소비하는 전력이 많아져 전원 효율이 저하한다는 문제가 있었다. 또한, 백색 발광 다이오드의 순방향 전압에는 변동이 존재하므로, 상기 발광 다이오드에 공급하는 전원 전압(Vout)은 이와 같은 변동 분을 포함한 크기로 설정하지 않으면 안 되기 때문에, 발광 다이오드의 구동 효율을 향상시키는 데 방해가 된다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 발광 다이오드의 구동 효율을 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 구동 회로 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 발광 다이오드 구동 회로는 복수개의 발광 다이오드의 구동을 실행하는 발광 다이오드 구동 회로에 있어서,
상기 각 발광 다이오드에 각각 전력을 공급하는, 출력 전압이 가변인 전원 공급 회로와,
대응하는 상기 발광 다이오드의 구동을 실행하는 각 드라이브 트랜지스터와,
상기 각 드라이브 트랜지스터의 드레인 전류를 소정의 정전류 값으로 설정하기 위한 기준 게이트 전압과, 상기 기준 게이트 전압을 상기 각 드라이브 트랜지스터의 게이트에 각각 입력했을 때, 상기 각 드라이브 트랜지스터의 드레인 전류를 상기 정전류 값으로 하기 위하여 필요한 최저 드레인 전압을 각각 생성하여 출력하는 바이어스 전압 설정 회로와,
상기 각 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압과 상기 최저 드레인 전압의 전압 비교를 수행하고, 상기 최저 드레인 전압보다 작은 상기 드레인 전압을 순차적으로 출력하는 전압 검출 회로를 구비하고,
상기 전원 공급 회로는 상기 전압 검출 회로로부터 출력되는 드레인 전압이 상기 바이어스 전압 설정 회로로부터 출력되는 상기 최저 드레인 전압 이상으로 되도록 상기 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전압 검출 회로는 상기 각 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압이 모두 상기 최저 드레인 전압 이상으로 되면, 상기 전원 공급 회로에 대하여, 소정의 동작 정지 신호를 출력하여 동작을 정지시키도록 한다.
구체적으로는, 상기 전압 검출 회로는
대응하는 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압과 상기 최저 드레인 전압의 전압 비교를 각각 실행하는 각 비교기와,
상기 각 비교기의 전압 비교 결과에 근거하여 상기 최저 드레인 전압보다 작은 상기 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압을 소정의 순서로 순차적으로 배타적으로 출력하는 드레인 전압 출력 회로와,
상기 각 비교기의 전압 비교 결과로부터 상기 각 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압이 모두 상기 최저 드레인 전압 이상인 것을 검출하면, 상기 전원 공급 회로에 대하여, 소정의 동작 정지 신호를 출력하여 동작을 정지시키는 동작 정지 신호 출력 회로를 구비하도록 한다.
또한, 상기 바이어스 전압 설정 회로는 상기 최저 드레인 전압이 상기 기준 게이트 전압으로부터 상기 드라이브 트랜지스터의 임계값 전압을 감산한 값 이상이 되도록, 상기 최저 드레인 전압 및 기준 게이트 전압을 각각 생성하도록 한다.
또한, 상기 바이어스 전압 설정 회로는
외부로부터 설정된 제1 정전류 및 제2 정전류를 각각 생성하여 출력하는 정전류 회로와,
상기 제1 정전류가 공급되며, 게이트와 드레인이 접속된, 상기 드라이브 트랜지스터와 동형의 제1 MOS 트랜지스터와,
상기 제2 정전류가 공급된, 상기 드라이브 트랜지스터와 동형의 제2 MOS 트랜지스터 및 제3 MOS 트랜지스터의 직렬 회로
를 구비하고,
상기 제2 MOS 트랜지스터는 게이트가 상기 제1 MOS 트랜지스터의 게이트에 접속됨과 동시에, 드레인에 상기 제2 정전류가 입력되며, 상기 제3 MOS 트랜지스터는 게이트가 제2 MOS 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 상기 접속부로부터 상기 기준 게이트 전압이 출력됨과 동시에, 제2 MOS 트랜지스터와 제3 MOS 트랜지스터의 접속부로부터 상기 최저 드레인 전압이 출력되도록 한다.
또한, 상기 전원 공급 회로는 승압형의 스위칭 레귤레이터인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 복수개의 발광 다이오드의 구동을 실행하는 발광 다이오드 구동 회로의 제어 방법에 있어서,
출력 전압이 가변인 전원 공급 회로에 의해 상기 복수개의 발광 다이오드에 각각 전력을 공급하는 단계와,
복수개의 드라이브 트랜지스터에 의해 대응하는 상기 발광 다이오드의 구동을 실행하는 단계와,
상기 복수개의 드라이브 트랜지스터의 드레인 전류를 소정의 정전류 값으로 설정하기 위한 기준 게이트 전압과, 상기 기준 게이트 전압을 상기 복수개의 드라이브 트랜지스터의 게이트에 각각 입력했을 때, 바이어스 전압 설정 회로에 의해 상기 각각의 드라이브 트랜지스터의 드레인 전류를 상기 정전류 값으로 하기 위하여 필요한 최저 드레인 전압을 각각 생성하여 출력하는 단계와,
　 전압 검출 회로에 의해 상기 각 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압과 상기 최저 드레인 전압의 전압 비교를 수행하고, 상기 최저 드레인 전압보다 작은 상기 드레인 전압을 순차적으로 출력하는 단계
를 포함하고,
상기 전원 공급 회로는 상기 전압 검출 회로로부터 출력되는 드레인 전압이 상기 바이어스 전압 설정 회로로부터 출력되는 상기 최저 드레인 전압 이상으로 되도록 상기 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로의 제어 방법을 제공한다.
실시예
아래에 도면을 참조하면서 본 발명을 상세하게 설명한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 1에 있어서, 발광 다이오드 구동 회로(1)는 전원 공급 회로(2), 전압 검출 회로(3), 바이어스 전압 설정 회로(4), 발광 다이오드(LED1~LED4), NMOS 트랜지 스터로 구성된 드라이브 트랜지스터(M1~M4) 및 바이패스 콘덴서(C1)로 구성되어 있다.
전원 공급 회로(2)는 충전 펌프 회로 등으로 구성된 고효율의 승압형 스위칭 레귤레이터이며, 입력 전압(Vin)을 승압하여 소정의 전압으로 변환시켜 출력 전압(Vout)으로서 출력 단자(OUT)를 통하여 발광 다이오드(LED1~LED4)의 각 양극으로 각각 공급한다. 전원 공급 회로(2)의 출력단과 접지 전압 사이에는 바이패스 콘덴서(C1)가 접속되고, 전원 공급 회로(2)는 전압 검출 회로(3)로부터 입력되는 동작 정지 신호(STP)가 유효 상태로 되면 스위칭 동작을 정지한다. 또한, 전원 공급 회로(2)에 충전 펌프 회로를 사용한 경우에는, 충전 펌프 회로의 캐치(catch) 콘덴서가 바이패스 콘덴서와 같은 기능을 수행하기 때문에, 재차 바이패스 콘덴서(C1)를 마련할 필요는 없고, 바이패스 콘덴서(C1)를 삭제하여도 좋다.
바이어스 전압 설정 회로(4)는 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 드레인 전류를 소망의 정전류 값으로 설정하기 위한 기준 게이트 전압(Vgs0)과, 상기 기준 게이트 전압(Vgs0)을 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 게이트에 각각 입력했을 때에, 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 드레인 전류를 상기 정전류 값으로 하기 위하여 필요한 최저 드레인 전압(Vds0)을 각각 생성하여 출력한다. 바이어스 전압 설정 회로(4)는 외부로부터 입력되는 데이터 신호(Din)에 따른 값의 기준 게이트 전압(Vgs0)과 최저 드레인 전압(Vds0)을 각각 생성하여 출력한다. 예컨대, 바이어스 전압 설정 회로(4)는 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 임계값 전압이 각각 Vth일 때, 아래의 (1) 식을 만족시키도록 기준 게이트 전압(Vgs0) 및 최저 드레인 전압(Vds0) 을 각각 생성하여 출력한다.
Vds0 ≥ Vgs0－Vth (1)
전압 검출 회로(3)는 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 드레인 전압(Vds1~Vds4) 및 최저 드레인 전압(Vds0)이 각각 입력되고, 각 드레인 전압(Vds1~Vds4) 중, 최저 드레인 전압(Vds0)보다 작은 드레인 전압을 순차적으로 배타적으로 출력한다. 또, 전압 검출 회로(3)는 각 드레인 전압(Vds1~Vds4)이 모두 최저 드레인 전압(Vds0) 이상이 되면, 전원 공급 회로(2)에 대하여, 소정의 동작 정지 신호(STP)를 출력하여 동작을 정지시킨다.
또, 전원 공급 회로(2)에는 바이어스 전압 설정 회로(4)로부터 최저 드레인 전압(Vds0)이, 전압 검출 회로(3)로부터 드레인 전압(Vdsx)이 각각 입력되고, 전원 공급 회로(2)는 드레인 전압(Vdsx)이 최저 드레인 전압(Vds0)을 초과하는 전압이 될 때까지 출력 전압(Vout)을 상승시키도록 동작한다.
발광 다이오드(LED1~LED4)의 각 음극은 대응하는 입력 단자(DIN1~DIN4)를 통하여 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 드레인에 대응하여 접속되고, 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 소스는 각각 접지 전압에 접속되어 있다.
전압 검출 회로(3)에는 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 드레인 전압(Vds1~Vds4)과 바이어스 전압 설정 회로(4)로부터 최저 드레인 전압(Vds0)이 각각 입력되고, 드레인 전압(Vds1~Vds4) 중, 최저 드레인 전압(Vds0)보다 작은 드레인 전압을 소정의 순서로 드레인 전압(Vdsx)으로서 배타적으로 출력한다. 또, 전압 검출 회로(3)는 드레인 전압(Vds1~Vds4)이 모두 최저 드레인 전압(Vds0)보다 큰 경우 에는, 동작 정지 신호(STP)를 유효 상태로 한다. 또, 전압 검출 회로(3)는 외부로부터 허가(enable) 신호(EN)가 입력되고, 허가 신호(EN)가 유효 상태로 되면 드레인 전압(Vdsx)을 출력하고, 허가 신호(EN)가 무효 상태로 되면 드레인 전압(Vdsx)의 출력을 정지한다.
바이어스 전압 설정 회로(4)에는 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 게이트가 접속되고, 바이어스 전압 설정 회로(4)는 기준 게이트 전압(Vgs0)을 생성하여 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 게이트에 각각 출력한다. 상기 기준 게이트 전압(Vgs0)은 드라이브 트랜지스터(M1~M4)가 포화 동작 상태일 때에 흐르는 드레인 전류를 발광 다이오드(LED1~LED4)를 구동하는 소정의 구동 전류로 설정하기 위한 전압이다. 또, 바이어스 전압 설정 회로(4)는 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 게이트에 기준 게이트 전압(Vgs0)을 인가했을 때, 드라이브 트랜지스터(M1~M4)가 포화 동작 상태일 때에 흐르는 상기 드레인 전류를 확보할 수 있는 최저 드레인 전압(Vds0)을 전원 공급 회로(2) 및 전압 검출 회로(3)에 각각 출력한다. 또, 바이어스 전압 설정 회로(4)는 발광 다이오드(LED1~LED4)의 구동 전류를 설정하기 위한 데이터(Din0~Din3)로 이루어지는 데이터 신호(Din)가 외부로부터 입력된다.
이와 같은 구성에 있어서, 바이어스 전압 설정 회로(4)로부터 출력된 기준 게이트 전압(Vgs0)으로 게이트가 바이어스된 드라이브 트랜지스터(M1~M4)는 전원 공급 회로(2)로부터 발광 다이오드(LED1~LED4)를 통하여 소정의 구동 전류와 같은 드레인 전류를 흘리고자 한다. 그러나, 전원 공급 회로(2)의 출력 전압(Vout)이 발광 다이오드(LED1~LED4)의 각 순방향 전압보다 작은 경우에는, 드라이브 트랜지스 터(M1~M4)의 드레인 전류는 소정의 구동 전류보다 작은 전류 값으로 된다. 이 때의 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 드레인 전압(Vds1~Vds4)은 대응하는 드레인 전류가 소정의 구동 전류보다 작기 때문에, 바이어스 전압 설정 회로(4)로부터 출력되는 최저 드레인 전압(Vds0)보다 작게 된다.
전압 검출 회로(3)는 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 드레인 전압(Vds1~Vds4)과 최저 드레인 전압(Vds0)의 전압 비교를 실행한다. 상기 전압 비교 방법으로서 예컨대, 우선 드라이브 트랜지스터(M1)의 드레인 전압(Vds1)과 최저 드레인 전압(Vds0)을 비교하여 드레인 전압(Vds1)이 작은 경우에는, 드레인 전압(Vds1)을 전압 검출 회로(3)의 출력 전압(Vdsx)으로 한다. 또한, 이 때, 전압 검출 회로(3)는 다른 드라이브 트랜지스터(M2~M4)의 각 드레인 전압(Vds2~Vds4)과 최저 드레인 전압(Vds0)의 전압 비교 결과를 출력하지 않도록 한다.
전원 공급 회로(2)는 전압 검출 회로(3)로부터 출력된 전압(Vdsx)이 바이어스 전압 설정 회로(4)로부터 출력된 최저 드레인 전압(Vds0)보다 작으면 출력 전압(Vout)의 전압을 상승시킨다. 이 때문에, 발광 다이오드(LED1~LED4)의 각 구동 전류가 각각 증가함과 동시에, 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 드레인 전압(Vds1~Vds4)도 각각 상승한다.
한편, 전압 검출 회로(3)로부터의 출력 전압(Vdsx)이 최저 드레인 전압(Vds0)보다 크게 되면, 드라이브 트랜지스터(M1)의 드레인 전류는 소정의 발광 다이오드 구동 전류에 이른 것이기 때문에, 전압 검출 회로(3)는 드레인 전압(Vds1)을 출력 전압(Vdsx)으로서 출력하는 것을 금지하고, 다음의 드라이브 트랜지스터 (M2)의 드레인 전압(Vds2)과 최저 드레인 전압(Vds0)의 전압 비교를 실행한다.
발광 다이오드(LED2)의 순방향 전압이 발광 다이오드(LED1)의 순방향 전압보다 큰 경우, 드라이브 트랜지스터(M2)의 드레인 전압(Vds2)은 드라이브 트랜지스터(M1)의 드레인 전압(Vds1)보다 작기 때문에, 최저 드레인 전압(Vds0)보다 작다. 이 때문에, 전압 검출 회로(3)는 드레인 전압(Vds2)을 출력 전압(Vdsx)으로서 출력한다. 또한, 전압 검출 회로(3)는 이 때에도 다른 드라이브 트랜지스터(M3, M4)의 각 비교 결과는 출력하지 않도록 한다.
전원 공급 회로(2)는 드레인 전압(Vds1)의 경우와 같은 동작을 실행한다. 즉, 전원 공급 회로(2)는 드레인 전압(Vds2)이 최저 드레인 전압(Vds0)보다 커질 때까지 출력 전압(Vout)의 전압을 더 한층 상승시킨다.
드레인 전압(Vds2)이 최저 드레인 전압(Vds0)을 초과하면, 발광 다이오드(LED2)의 구동 전류가 소정의 전류값에 도달한 것이므로, 전압 검출 회로(3)는 NMOS 트랜지스터(M2)의 드레인 전압(Vds2)을 출력 전압(Vdsx)으로서 출력하는 것을 금지한다. 마찬가지로, 전압 검출 회로(3)는 드라이브 트랜지스터(M3, M4)의 드레인 전압(Vds3, Vds4)에 대해서도 순차적으로 최저 드레인 전압(Vds0)과의 전압 비교를 실행하고, 모든 드레인 전압(Vds1~Vds4)이 최저 드레인 전압(Vds0)보다 커질 때까지 출력 전압(Vout)을 상승시킨다. 또한, 순방향 전압이 작은 발광 다이오드를 부하로 하고 있는 드라이브 트랜지스터의 경우, 최저 드레인 전압(Vds0)과 비교했을 때에는, 이미 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압이 크게 되어 있는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 전압 검출 회로(3)는 상기 드레인 전압을 출력하지 않고, 다음의 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압과의 전압 비교를 실행한다.
이와 같이 하여 모든 드레인 전압(Vds1~Vds4)이 최저 드레인 전압(Vds0)보다 커지면, 전압 검출 회로(3)는 동작 정지 신호(STP)를 유효 상태로 하여 전원 공급 회로(2)의 동작을 정지시킨다. 전원 공급 회로(2)의 출력단에는 바이패스 콘덴서(C1)가 설치되어 있어 전원 공급 회로(2)가 동작을 정지하고 나서 당분간 사이는 바이패스 콘덴서(C1)로부터 발광 다이오드(LED1~LED4)에 전류가 공급된다. 바이패스 콘덴서(C1)의 전압이 저하하여 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 어느 한 드레인 전압(Vds1~Vds4)이 최저 드레인 전압(Vds0) 이하로 되면, 전압 검출 회로(3)는 동작 정지 신호(STP)를 무효 상태로 하여 최저 드레인 전압(Vds0) 이하로 된 드레인 전압을 출력 전압(Vdsx)으로서 출력하고, 전원 공급 회로(2)에 대하여 출력 전압(Vout)을 상승시킨다. 이와 같은 동작을 반복함으로써 발광 다이오드(LED1~LED4)에는 항상 소정의 구동 전류가 공급된다.
도 2는 도 1의 전압 검출 회로(3)의 회로예를 나타낸 도면이다.
도 2에 있어서, 전압 검출 회로(3)는 4개의 비교기(11~14), 8개의 인버터(INV11~INV18), 5개의 AND 회로(AN11~AN15) 및 4개의 아날로그 스위치(AS11~AS14)로 구성되어 있다. 또한, 인버터(INV11~INV18), AND 회로(AN11~AN14) 및 아날로그 스위치(AS11~AS14)는 드레인 전압 출력 회로를 이루고, AND 회로(AN15)는 동작 정지 신호 출력 회로를 이룬다.
비교기(11~14)의 각 반전 입력단에는 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 드레인 전압(Vds1~Vds4)이 대응하여 입력된다. 또, 비교기(11~14)의 각 비반전 입력 단은 각각 접속되고, 상기 접속부에는 바이어스 전압 설정 회로(4)로부터의 최저 드레인 전압(Vds0)이 입력된다. 비교기(11~14)의 각 출력단은 대응하는 AND 회로(AN11~AD14)의 한 쪽 입력단에 접속됨과 동시에, 대응하는 인버터(INV11~INV14)의 입력단에 접속되어 있다.
AND 회로(AN11~AN14)에 있어서, 비교기(11)와 쌍을 이루는 AND 회로(AN11)에 2개의 입력이 있고, 비교기(12)와 쌍을 이루는 AND 회로(AN12)에 3개의 입력이 있으며, 비교기(13)와 쌍을 이루는 AND 회로(AN13)에 4개의 입력이 있고, 비교기(14)와 쌍을 이루는 AND 회로(AN14)에 5개의 입력이 있으며, AND 회로(AN15)에 4개의 입력이 있다. AND 회로(AN11~AN14)의 각 출력단은 대응하는 아날로그 스위치(AS11~AS14)의 제어 입력단에 각각 접속됨과 동시에, 대응하는 인버터(INV15~INV18)를 통하여 대응하는 아날로그 스위치(AS11~AS14)의 반전 제어 입력단에 각각 접속되어 있다.
인버터(INV11)의 출력단은 AND 회로(AN12~AN15)의 대응하는 입력단에 각각 접속되고, 인버터(INV12)의 출력단은 AND 회로(AN13~AN15)의 대응하는 입력단에 각각 접속되어 있다. 또, 인버터(INV13)의 출력단은 AND 회로(AN14, AN15)의 대응하는 입력단에 각각 접속되어 있다. AND 회로(AN15)의 출력단은 동작 정지 신호(STP)의 출력단을 이루고 있다. 또, AND 회로(AN11~AN14)의 각 나머지 입력단에는 외부로부터의 허가 신호(EN)가 각각 입력되어 있다. 아날로그 스위치(AS11~AS14)에 있어서, 각 입력단에는 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 드레인 전압(Vds1~Vds4)이 대응하여 입력되고, 각 출력단은 각각 접속되며, 이 접속부는 출력 전압(Vdsx)을 출 력하는 전압 검출 회로(3)의 출력단을 이루고 있다.
허가 신호(EN)가 저레벨일 때에는 AND 회로(AN11~AN14)의 각 출력단이 각각 저레벨로 되므로, 아날로그 스위치(AS11~AS14)는 각각 오프하여 차단 상태로 되고, 출력 전압(Vdsx)을 출력하는 출력단은 하이 임피던스(high impedance) 상태로 된다.
다음에, 허가 신호(EN)가 고레벨인 경우의 동작에 대하여 설명한다.
비교기(11)는 최저 드레인 전압(Vds0)과 드라이브 트랜지스터(M1)의 드레인 전압(Vds1)을 비교하고, 드레인 전압(Vds1)이 작은 경우에는, 비교기(11)의 출력단이 고레벨로 된다.
그러면, AND 회로(AN11)의 출력단도 고레벨로 되어 아날로그 스위치(AS11)가 온 하고, 아날로그 스위치(AS11)의 입력단에 입력되어 있는 드레인 전압(Vds1)이 출력 전압(Vdsx)으로서 출력된다. 또한, 이 때, 비교기(11)의 출력 신호는 인버터(INV11)로 신호 레벨이 반전되어 AND 회로(AN12~AN15)의 대응하는 입력단에 각각 입력된다. 이로부터, AND 회로(AN12~AN15)의 각 출력단은 저레벨로 됨으로써, 다른 아날로그 스위치(AS12~AS14)는 각각 오프 하여 차단 상태로 되므로, 출력 전압(Vdsx)을 출력하는 출력단에 2개 이상의 드레인 전압이 출력되지 않으며, 동작 정지 신호(STP)는 저레벨로 되어 무효 상태로 된다.
전술한 바와 같이, 전원 공급 회로(2)의 출력 전압(Vout)이 상승하여 드레인 전압(Vds1)이 최저 드레인 전압(Vds0) 이상이 되면, 비교기(11)의 출력단은 저레벨로 된다. 이 때문에, AND 회로(AN11)의 출력단도 저레벨이 됨으로써, 아날로그 스위치(AS11)가 오프 하여 출력 전압(Vdsx)으로서의 드레인 전압(Vds1)의 출력이 정지한다. 또, 비교기(11)의 출력단이 저레벨로 되면, 인버터(INV11)의 출력단은 고레벨로 되어 AND 회로(AN12)의 게이트가 열린다. 비교기(12)는 최저 드레인 전압(Vds0)과 드라이브 트랜지스터(M2)의 드레인 전압(Vds2)을 전압 비교하고, 드레인 전압(Vds2)이 작은 경우에는, 비교기(12)의 출력단은 고레벨로 된다.
그러면, AND 회로(AN12)의 출력단도 고레벨로 되어 아날로그 스위치(AS12)가 온 함으로써, 아날로그 스위치(AS12)의 입력단에 입력되어 있는 드레인 전압(Vds2)이 아날로그 스위치(AS12)로부터 출력되고 상기 전압이 출력 전압(Vdsx)으로서 출력된다. 또한, 비교기(12)의 출력 신호는 인버터(INV12)로 신호 레벨이 반전되고 상기 신호가 AND 회로(AN13~AN15)에 각각 입력된다. 이 때문에, AND 회로(AN13~AN15)의 각 출력단은 저레벨이 됨으로써, 아날로그 스위치(AS13, AS14)는 각각 오프 하여 차단 상태로 되므로, 출력 전압(Vdsx)으로서 드레인 전압(Vds2)만 출력된다.
다음에, 전원 공급 회로(2)의 출력 전압(Vout)이 상승하여 드레인 전압(Vds2)이 최저 드레인 전압(Vds0) 이상으로 되면, 비교기(12)의 출력 신호의 신호 레벨이 반전하여 저레벨로 된다. 그러면, AND 회로(AN12)의 출력단도 저레벨이 됨으로써, 아날로그 스위치(AS12)가 오프 하여 출력 전압(Vdsx)으로서의 드레인 전압(Vds2)의 출력이 정지된다.
같은 동작을 반복하여 드레인 전압(Vds1~Vds4)이 모두 최저 드레인 전압(Vds0)보다 커지면, 출력 전압(Vdsx)으로서 출력되는 드레인 전압은 없어진다. 그 대신, AND 회로(AN15)의 출력단이 고레벨로 되어 동작 정지 신호(STP)가 유효 상태로 되어 상기 동작 정지 신호(STP)가 전원 공급 회로(2)에 입력되면, 전원 공급 회로(2)는 동작을 정지하여 전원 공급을 정지한다.
다음에, 도 3은 도 1의 바이어스 전압 설정 회로(4)의 회로예를 나타낸 도면이다.
도 3에 있어서, 바이어스 전압 설정 회로(4)는 발광 다이오드(LED1~LED4)의 각 구동 전류에 비례한 전류를 생성하는 비례 전류 생성 회로(21)와 기준 게이트 전압(Vgs0) 및 최저 드레인 전압(Vds0)을 생성하는 전압 생성 회로(22)로 구성되어 있다.
비례 전류 생성 회로(21)는 D/A 컨버터(25), 연산 증폭 회로(26), PMOS 트랜지스터(M21~M23), NMOS 트랜지스터(M24), 저항(R21)으로 구성되고, 전압 생성 회로(22)는 NMOS 트랜지스터(M25~M27)로 구성되어 있다. 또한, 비례 전류 생성 회로(21)는 정전류 회로를 이루고, NMOS 트랜지스터(M25)는 제1 MOS 트랜지스터를, NMOS 트랜지스터(M26)는 제2 MOS 트랜지스터를, NMOS 트랜지스터(M27)는 제3 MOS 트랜지스터를 각각 이룬다.
D/A 컨버터(25)에는 외부의 제어 회로(도시하지 않음)로부터 발광 다이오드(LED1~LED4)의 각 구동 전류를 설정하기 위한 데이터(Din0~Din3)가 입력되어 있다. D/A 컨버터(25)의 출력 전압(Dout)은 연산 증폭 회로(26)의 비반전 입력단에 입력되어 있다. 연산 증폭 회로(26)의 출력단은 NMOS 트랜지스터(M24)의 게이트에 접속되고 연산 증폭 회로(26)의 반전 입력단은 NMOS 트랜지스터(M24)의 소스에 접속됨 과 동시에, 저항(R21)을 통하여 접지되어 있다. NMOS 트랜지스터(M24)의 드레인은 PMOS 트랜지스터(M21)의 드레인에 접속되고 PMOS 트랜지스터(M21)의 게이트와 드레인이 접속되어 있다. 또, PMOS 트랜지스터(M21, M22, M23)는 전류 미러 회로를 형성하고, 각 소스는 입력 전압(Vin)에 접속되고 각 게이트는 접속되어 있다.
PMOS 트랜지스터(M22)의 드레인에는 NMOS 트랜지스터(M25)의 드레인이 접속되고, NMOS 트랜지스터(M25)의 소스는 접지되어 있다. NMOS 트랜지스터(M25)의 게이트는 NMOS 트랜지스터(M25)의 드레인과 NMOS 트랜지스터(M26)의 게이트에 각각 접속되어 있다. PMOS 트랜지스터(M23)의 드레인은 NMOS 트랜지스터(M26)의 드레인과 NMOS 트랜지스터(M27)의 게이트에 각각 접속되고 상기 접속부로부터 기준 게이트 전압(Vgs0)이 출력된다. NMOS 트랜지스터(M26)의 소스는 NMOS 트랜지스터(M27)의 드레인에 접속되고 상기 접속부로부터 최저 드레인 전압(Vds0)이 출력되고, NMOS 트랜지스터(M27)의 소스는 접지되어 있다.
이와 같은 구성에 있어서, 데이터(Din0~Din3)에 의해 설정된 D/A 컨버터(25)의 출력 전압(Dout)을 저항(R21)의 저항값으로 나눈 전류가 NMOS 트랜지스터(M24)의 드레인 전류로 되고, 상기 드레인 전류는 발광 다이오드(LED1~LED4)의 구동 전류에 비례한 전류로 된다. 상기 비례 전류는 PMOS 트랜지스터(M21~M23)로 이루어지는 전류 미러 회로에 의해 PMOS 트랜지스터(M22, M23)의 각 드레인으로부터 출력된다. 또, NMOS 트랜지스터(M27)는 드라이브 트랜지스터(M1~M4)와 함께 전류 미러 회로를 형성하고 있다. NMOS 트랜지스터(M27)의 소자 사이즈와 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 소자 사이즈는 소정의 비례 관계, 예컨대 1：500이 되도록 형 성되고, 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 각 드레인 전류는 NMOS 트랜지스터(M27)의 드레인 전류의 비례 배, 예컨대 500배로 된다.
또, NMOS 트랜지스터(M27)의 드레인 전류와의 비례 관계를 유지하는 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 최저 드레인 전압은 NMOS 트랜지스터(M27)의 드레인 전압인 최저 드레인 전압(Vds0)과 같다.
또, NMOS 트랜지스터(M27)의 드레인 전압은 PMOS 트랜지스터(M22, M23)의 각 드레인 전류값, 및 NMOS 트랜지스터(M25, M26)의 사이즈 비에 따라 결정된다. 따라서, NMOS 트랜지스터(M27)의 드레인 전압을 드라이브 트랜지스터(M1~M4)에 대하여 비례 전류를 흘릴 수 있는 최저 전압으로 설정할 수 있다. 이 때, 드라이브 트랜지스터(M1~M4)의 소스ㆍ드레인 전압은 매우 작은 전압으로 설정할 수 있기 때문에, 필요 이상으로 승압시킬 필요가 없어 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
또한, PMOS 트랜지스터(M22, M23)의 각 사이즈를 같게 하여 PMOS 트랜지스터(M22, M23)의 각 드레인 전류가 같게 되도록 한 경우에, NMOS 트랜지스터(M25, M26)의 사이즈 비를 1：4로 하면, 최저 드레인 전압(Vds0)은 NMOS 트랜지스터(M27)가 정전류원으로서 동작할 수 있는 최저 전압으로 설정된다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 기판 바이어스 효과나 제조 시의 오차를 고려하여 NMOS 트랜지스터(M25, M26)의 사이즈 비는 이론상의 최저 드레인 전압(Vds0)을 부여하는 것에 고정되는 것이 아니라, 각 프로세스에서 정전류 값을 확보할 수 있는 것도 포함한다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 전원 공급 회로(2)의 출력 전압(Vout)은 발 광 다이오드(LED1~LED4) 중에서 가장 큰 순방향 전압에 대응하는 드라이브 트랜지스터의 최저 드레인 전압(Vds0)을 더한 정도의 전압이면 되고, 최저 드레인 전압(Vds0)은 발광 다이오드의 순방향 전압에 비하여 매우 작은 전압이므로, 발광 다이오드의 구동 효율을 매우 높게 할 수 있다.
이와 같이, 본 제1 실시예에 따른 발광 다이오드 구동 회로는 발광 다이오드의 구동 전류 설정을 위한 저항을 사용하지 않기 때문에, 상기 저항에 의한 전압 강하에 상당하는 분만큼 전원 공급 회로(2)의 출력 전압(Vout)을 저하시킬 수 있다. 또, 전원 공급 회로(2)의 출력 전압(Vout)은 가장 순방향 전압이 큰 발광 다이오드에 소정의 구동 전류를 공급할 정도의 전압이면 되어, 출력 전압(Vout)을 더욱 저하시킬 수 있다.
또한, 드라이브 트랜지스터(M1~M4)가 포화 동작 상태에서 소정의 구동 전류를 흘릴 수 있는 최저 드레인 전압(Vds0)으로 되도록 하고 있음으로써, 전원 공급 회로(2)의 출력 전압(Vout)을 더욱 저하시킬 수 있어 발광 다이오드의 구동 효율을 매우 높게 할 수 있다.
또한 상기 설명에서는 4개의 발광 다이오드를 구동하는 경우를 예로써 설명했지만, 이것은 일례이며, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니라, 복수개의 발광 다이오드를 구동하는 발광 다이오드 구동 회로에 모두 적용되는 것이다.
본 발명의 발광 다이오드 구동 회로에 의하면, 발광 다이오드의 구동 전류 설정을 위한 저항을 사용하지 않기 때문에, 상기 저항에 의한 전압 강하에 상당하 는 분만큼 전원 공급 회로의 출력 전압을 저하시킬 수 있다. 또, 전원 공급 회로의 출력 전압은 가장 순방향 전압이 큰 발광 다이오드에 소정의 구동 전류를 공급할 정도의 전압이면 되므로, 상기 출력 전압을 더욱 저하시킬 수 있다.
또한, 각 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압이 상기 각 드라이브 트랜지스터의 포화 동작 상태에서 소정의 구동 전류를 흘릴 수 있는 최저 드레인 전압으로 되도록 하고 있음으로써, 전원 공급 회로의 출력 전압을 더욱 저하시킬 수 있어 발광 다이오드의 구동 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 복수개의 발광 다이오드의 구동을 실행하는 발광 다이오드 구동 회로에 있어서,
    상기 복수개의 발광 다이오드에 각각 전력을 공급하는, 출력 전압이 가변인 전원 공급 회로와,
    대응하는 상기 발광 다이오드의 구동을 실행하는 복수개의 드라이브 트랜지스터와,
    상기 복수개의 드라이브 트랜지스터 각각의 드레인 전류를 소정의 정전류 값으로 설정하기 위한 기준 게이트 전압과, 상기 기준 게이트 전압을 상기 각각의 드라이브 트랜지스터의 게이트에 각각 입력했을 때, 상기 각각의 드라이브 트랜지스터의 드레인 전류를 상기 정전류 값으로 하기 위하여 필요한 최저 드레인 전압을 각각 생성하여 출력하는 바이어스 전압 설정 회로와,
    상기 각각의 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압과 상기 최저 드레인 전압의 전압 비교를 수행하고, 상기 최저 드레인 전압보다 작은 상기 드레인 전압을 순차적으로 출력하는 전압 검출 회로
    를 구비하고,
    상기 전원 공급 회로는 상기 전압 검출 회로로부터 출력되는 드레인 전압이 상기 바이어스 전압 설정 회로로부터 출력되는 상기 최저 드레인 전압 이상으로 되도록 상기 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 검출 회로는 상기 각각의 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압이 모두 상기 최저 드레인 전압 이상으로 되면, 상기 전원 공급 회로에 대하여 소정의 동작 정지 신호를 출력하여 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전압 검출 회로는,
    대응하는 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압과 상기 최저 드레인 전압의 전압 비교를 각각 실행하는 복수개의 비교기와,
    상기 복수개의 비교기의 각각의 전압 비교 결과에 근거하여 상기 최저 드레인 전압보다 작은 상기 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압을 소정의 순서로 순차적으로 배타적으로 출력하는 드레인 전압 출력 회로와,
    상기 복수개의 비교기의 각각의 전압 비교 결과로부터 상기 각각의 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압이 모두 상기 최저 드레인 전압 이상인 것을 검출하면, 상기 전원 공급 회로에 대하여 소정의 동작 정지 신호를 출력하여 동작을 정지시키는 동작 정지 신호 출력 회로
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바이어스 전압 설정 회로는 상기 최저 드레인 전압이 상기 기준 게이트 전압으로부터 상기 드라이브 트랜지스터의 임계값 전압을 감산한 값 이상이 되도록, 상기 최저 드레인 전압 및 기준 게이트 전압을 각각 생성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바이어스 전압 설정 회로는,
    외부로부터 설정된 제1 정전류 및 제2 정전류를 각각 생성하여 출력하는 정전류 회로와,
    상기 제1 정전류가 공급되며, 게이트와 드레인이 접속된, 상기 드라이브 트랜지스터와 동형의 제1 MOS 트랜지스터와,
    상기 제2 정전류가 공급된, 상기 드라이브 트랜지스터와 동형의 제2 MOS 트랜지스터 및 제3 MOS 트랜지스터의 직렬 회로
    를 구비하고,
    상기 제2 MOS 트랜지스터는 게이트가 상기 제1 MOS 트랜지스터의 게이트에 접속됨과 동시에, 드레인에 상기 제2 정전류가 입력되며, 상기 제3 MOS 트랜지스터는 게이트가 상기 제2 MOS 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 상기 접속부로부터 상기 기준 게이트 전압이 출력됨과 동시에, 상기 제2 MOS 트랜지스터와 상기 제3 MOS 트랜지스터의 접속부로부터 상기 최저 드레인 전압이 출력되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원 공급 회로는 승압형의 스위칭 레귤레이터인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로.
  7. 복수개의 발광 다이오드의 구동을 실행하는 발광 다이오드 구동 회로의 제어 방법에 있어서,
    출력 전압이 가변인 전원 공급 회로에 의해 상기 복수개의 발광 다이오드에 각각 전력을 공급하는 단계와,
    복수개의 드라이브 트랜지스터에 의해 대응하는 상기 발광 다이오드의 구동을 실행하는 단계와,
    상기 복수개의 드라이브 트랜지스터의 드레인 전류를 소정의 정전류 값으로 설정하기 위한 기준 게이트 전압과, 상기 기준 게이트 전압을 상기 복수개의 드라이브 트랜지스터의 게이트에 각각 입력했을 때, 바이어스 전압 설정 회로에 의해 상기 각각의 드라이브 트랜지스터의 드레인 전류를 상기 정전류 값으로 하기 위하여 필요한 최저 드레인 전압을 각각 생성하여 출력하는 단계와,
    전압 검출 회로에 의해 상기 각 드라이브 트랜지스터의 드레인 전압과 상기 최저 드레인 전압의 전압 비교를 수행하고, 상기 최저 드레인 전압보다 작은 상기 드레인 전압을 순차적으로 출력하는 단계
    를 포함하고,
    상기 전원 공급 회로에 의해 상기 전압 검출 회로로부터 출력되는 드레인 전압이 상기 바이어스 전압 설정 회로로부터 출력되는 상기 최저 드레인 전압 이상으로 되도록 상기 출력 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 회로의 제어 방법.
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