대표도 - 2 -

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1 (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) H05B 37/02 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 ( 국제 ) 2009 년 06 월 08 일 심사청구일자 2010 년 12 월 31 일 (85) 번역문제출일자 2010 년 12 월 31 일 (65) 공개번호 (43) 공개일자 2011 년 02 월 14 일 (86) 국제출원번호 PCT/US2009/ (87) 국제공개번호 WO 2010/ 국제공개일자 (30) 우선권주장 2010 년 01 월 07 일 12/164, 년 06 월 30 일미국 (US) (56) 선행기술조사문헌 US B1* US A1* * 는심사관에의하여인용된문헌 (45) 공고일자 2013년01월15일 (11) 등록번호 (24) 등록일자 2013년01월08일 (73) 특허권자 아이와트인크. 미국 캘리포니아주캠프벨수트 150 캠프벨테크놀로지파크웨이 675 (72) 발명자 첸, 유휘 미국캘리포니아 로스게이토스알브라이트웨이 101 아이와트인크. 내 젱, 전지 미국캘리포니아 로스게이토스알브라이트웨이 101 아이와트인크. 내 커스터선, 존, 윌리엄 미국캘리포니아 로스게이토스알브라이트웨이 101 아이와트인크. 내 (74) 대리인 특허법인무한 전체청구항수 : 총 21 항심사관 : 최창락 (54) 발명의명칭멀티플피드백루프를이용한 LED 드라이버 (57) 요약 LED 드라이버는적어도두개의상호연결되고연관된피드백루프를포함한다. 하나의피드백루프는 LED 스트링에직렬로연결된스위치의온 / 오프타임들듀티싸이클을제어한다. 그리고다른피드백루프는상기 LED 스트링에인가되는 DC 전압을제공하는스위칭전력변환기내에전력스위치의온 / 오프타임들의듀티싸이클을제어한다. 본발명의 LED 드라이버는전력효율및비용효율의방법으로, LED 밝기의빠른제어와, 멀티플 LED 스트링간의전류공유를동시에제공할수있다

2 대표도 - 2 -

3 특허청구의범위청구항 1 서로직렬로연결된하나이상의 LED들의제1 LED 스트링을드라이빙하기위한 LED(light-emitting diode) 드라이버시스템에있어서, 입력 DC(Direct Current) 전압을수신하고, 상기제1 LED 스트링에인가되는출력 DC 전압을생성하는스위칭전력변환기-상기스위칭전력변환기는제1 스위치에의해스위칭됨-; 상기제1 LED 스트링과직렬로연결된제2 스위치 ; 상기제1 LED 스트링을통해흐르는전류를감지하고, 상기제1 LED 스트링을통해상기감지된전류및제1 전류레퍼런스-상기제1 전류레퍼런스는상기제1 LED 스트링의원하는밝기 (desired brightness) 에대응하는미리정해진 (predetermined) 신호임-에기초하여, 상기제2 스위치의온-타임 (on-time) 들또는오프-타임 (offtime) 들을제어하는제1 피드백제어루프 ; 및듀티싸이클레퍼런스및상기제2 스위치의상기온-타임들및상기오프-타임들의듀티싸이클-상기듀티싸이클은상기제1 LED 스트링을통해상기감지된전류와상기제1 LED 스트링의상기원하는밝기에대응하는상기제1 전류레퍼런스에기초하여결정됨-에기초하여, 상기제1 스위치의온-타임들또는오프-타임들을제어하는제2 피드백제어루프를포함하는 LED 드라이버시스템. 청구항 2 제1항에있어서, 상기제1 피드백제어루프는상기제1 LED 스트링과커플링되고, 제1 감지전류신호를생성하기위하여, 상기제1 LED 스트링을통해흐르는전류를감지하는제1 전류센서 ; 상기제1 감지전류신호및상기제1 전류레퍼런스를수신하고, 제1 디퍼런스신호를생성하기위하여, 상기제1 감지전류신호및상기제1 전류레퍼런스간의디퍼런스를증폭시키는제1 증폭기 ; 상기제1 디퍼런스신호및제1 램프신호를수신하고, 상기제2 스위치의상기온-타임들또는상기오프-타임들을제어하기위한제1 제어신호를생성하기위하여, 상기제1 디퍼런스신호를상기제1 램프신호와비교하는제1 비교기를포함하는 LED 드라이버시스템. 청구항 3 제 2 항에있어서, 상기제 1 램프신호는주기적인신호인 LED 드라이버시스템. 청구항 4 제2항에있어서, 상기제1 LED 스트링에있는상기적어도하나의 LED의밝기는제1 전류레퍼런스에의해조절되는 LED 드라이버시스템

4 청구항 5 제2항에있어서, 상기제2 피드백제어루프는제1 전류센서 ; 제1 증폭기 ; 상기제1 디퍼런스신호및듀티싸이클레퍼런스를수신하고, 제2 디퍼런스신호를생성하기위하여, 상기제1 디퍼런스신호및상기듀티싸이클레퍼런스간의디퍼런스를증폭시키는제2 증폭기 ; 상기제2 디퍼런스신호및제2 램프신호를수신하고, 상기제1 스위치의상기온-타임들또는상기오프-타임들을제어하기위한제2 제어신호를생성하기위하여상기제2 디퍼런스신호를상기제2 램프신호와비교하는제2 비교기를포함하는 LED 드라이버시스템. 청구항 6 제5항에있어서, 상기스위칭전력변환기의상기출력 DC 전압은상기듀티싸이클레퍼런스에의해조절되는 LED 드라이버시스템. 청구항 7 제2항에있어서, 상기제1 피드백제어루프는상기제1 증폭기에커플링된주파수보상네트워크를더포함하고, 상기제1 증폭기및상기주파수보상네트워크는상기제1 감지전류신호및상기제1 전류레퍼런스의디퍼런스를증폭시키는트랜스임피던스에러증폭기를형성하는 LED 드라이버시스템. 청구항 8 제1항에있어서제2 LED 스트링에직렬로연결된제3 스위치-상기제2 LED 스트링은상기제1 LED 스트링에병렬로연결됨 ; 및상기제2 LED 스트링을통해흐르는전류를감지하고, 상기제2 LED 스트링을통해상기감지된전류및제2 전류레퍼런스에기초하여, 상기제3 스위치의온-타임들또는오프-타임들을제어하는제3 피드백제어루프를더포함하는 LED 드라이버시스템. 청구항 9 제 8 항에있어서, 상기제 1 전류레퍼런스및상기제 2 전류레퍼런스는서로동일한 LED 드라이버시스템

5 청구항 10 제8항에있어서, 상기제1 LED 스트링및상기제2 LED 스트링은서로다른컬러에대응하고, 상기제1 전류레퍼런스및상기제2 전류레퍼런스는서로다른 LED 드라이버시스템. 청구항 11 제8항에있어서, 상기제1 피드백제어루프는제1 LED 스트링에커플링되고, 제1 감지전류신호를생성하기위하여상기제1 LED 스트링을통해흐르는상기전류를감지하는제1 전류센서 ; 상기제1 감지전류신호및상기제1 전류레퍼런스를수신하고, 제1 디퍼런스신호를생성하기위하여상기제1 감지전류신호및상기제1 전류레퍼런스간의디퍼런스를증폭시키는제1 증폭기 ; 및제1 디퍼런스신호및제1 램프신호를수신하고, 상기제2 스위치의상기온-타임들또는상기오프-타임들을제어하기위한제1 제어신호를생성하기위하여상기제1 디퍼런스신호를상기제1 램프신호와비교하는제1 비교기를포함하고, 상기제3 피드백제어루프는제2 LED 스트링에커플링되고, 제2 감지전류신호를생성하기위하여상기제2 LED 스트링을통해흐르는상기전류를감지하는제2 전류센서 ; 상기제2 감지전류신호및상기제2 전류레퍼런스를수신하고, 제2 디퍼런스신호를생성하기위하여상기제2 감지전류신호및상기제2 전류레퍼런스간의디퍼런스를증폭시키는제2 증폭기 ; 및상기제2 디퍼런스신호및제2 램프신호를수신하고, 상기제3 스위치의상기온-타임들또는상기오프-타임들을제어하기위한제2 제어신호를생성하기위하여상기제2 디퍼런스신호를상기제2 램프신호와비교하는제2 비교기를포함하고, 상기제2 피드백제어루프는상기제1 전류센서 ; 상기제2 전류센서 ; 상기제1 증폭기 ; 상기제2 증폭기 ; 상기제1 디퍼런스신호및상기제2 디퍼런스신호중에서큰신호선택하는크기비교기 (magnitude comparator); 제3 디퍼런스신호를생성하기위하여상기크기비교기의출력및듀티싸이클레퍼런스간의디퍼런스를증폭시키는제3 증폭기 ; 및상기제3 디퍼런스신호및제3 램프신호를수신하고, 상기제1 스위치의상기온-타임들및상기오프-타임들을제어하기위한제3 제어신호를생성하기위하여상기제3 디퍼런스신호를상기제3 램프신호와비교하는제3 비교기를포함하는 LED 드라이버시스템

6 청구항 12 제11항에있어서, 상기크기비교기는상기제1 전류레퍼런스에대한상기제1 디퍼런스신호의제1 듀티싸이클의제1 비 (ratio) 를, 상기제2 전류레퍼런스에대한상기제2 디퍼런스신호의제2 듀티싸이클의제2 비와비교하고, 상기제1 디퍼런스신호또는상기제2 디퍼런스신호중상기제1 비및상기제2 비중큰것에연관된하나를선택하는 LED 드라이버시스템. 청구항 13 제1항에있어서, 상기스위칭전력변환기는부스트변환기 (boost converter) 인 LED 드라이버시스템. 청구항 14 제1항에있어서, 제2 LED 스트링에직렬로연결된제3 스위치-상기제2 LED스트링은상기제1 LED 스트링에병렬로연결됨-; 상기제2 LED 스트링을통해흐르는전류를감지하고, 상기제2 LED 스트링을통해상기감지된전류및제2 전류레퍼런스에기초하여, 상기제3 스위치의온-타임들또는오프-타임들을제어하는상기제3 피드백제어루프 ; 제3 LED 스트링에직렬로연결된제4 스위치-상기제3 LED 스트링은상기제1 및제2 LED 스트링에병렬로연결됨-; 상기제3 LED 스트링에흐르는전류를감지하고, 상기제3 LED 스트링을통해감지된전류및제3 전류레퍼런스에기초하여, 상기제4 스위치의온-타임들또는오프-타임들을제어하는제4 피드백제어루프를포함하고, 상기제1 LED 스트링, 상기제2 LED 스트링및상기제3 LED 스트링은레드, 그린, 및블루컬러들각각에대응하고, 상기제1 전류레퍼런스, 상기제2 전류레퍼런스, 및상기제3 전류레퍼런스는각각의대응하는상기레드, 그린및블루컬러들의원하는밝기로인해서로다른 LED 드라이버시스템. 청구항 15 서로직렬로연결된하나이상의 LED들로구성된제1 LED 스트링 ; 입력 DC(Direct Current) 전압을수신하고, 상기제1 LED 스트링에인가되는출력 DC 전압을생성하는스위칭전력변환기-상기스위칭전력변환기는제1 스위치에의해스위칭됨-; 상기제1 LED 스트링과직렬로연결된제2 스위치 ; 상기제1 LED 스트링을통해흐르는전류를감지하고, 상기제1 LED 스트링을통해상기감지된전류및제1 전류레퍼런스-상기제1 전류레퍼런스는상기제1 LED 스트링의원하는밝기 (desired brightness) 에대응하는미리정해진 (predetermined) 신호임-에기초하여, 상기제2 스위치의온-타임 (on-time) 들또는오프-타임 (offtime) 들을제어하는제1 피드백제어루프 ; 및듀티싸이클레퍼런스및상기제2 스위치의상기온-타임들및상기오프-타임들의듀티싸이클-상기듀티싸이클은상기제1 LED 스트링을통해상기감지된전류와상기제1 LED 스트링의상기원하는밝기에대응하는 - 6 -

7 상기제 1 전류레퍼런스에기초하여결정됨 - 에기초하여, 상기제 1 스위치의온 - 타임들또는오프 - 타임들을제 어하는제 2 피드백제어루프 를포함하는전자장치. 청구항 16 제15항에있어서, 상기제1 피드백제어루프는상기제1 LED 스트링과커플링되고, 제1 감지전류신호를생성하기위하여, 상기제1 LED 스트링을통해흐르는전류를감지하는제1 전류센서 ; 상기제1 감지전류신호및상기제1 전류레퍼런스를수신하고, 제1 디퍼런스신호를생성하기위하여, 상기제1 감지전류신호및상기제1 전류레퍼런스간의디퍼런스를증폭시키는제1 증폭기 ; 상기제1 디퍼런스신호및제1 램프신호를수신하고, 상기제2 스위치의상기온-타임들또는상기오프-타임들을제어하기위한제1 제어신호를생성하기위하여, 상기제1 디퍼런스신호를상기제1 램프신호와비교하는제1 비교기를포함하는전자장치. 청구항 17 제16항에있어서, 상기제2 피드백제어루프는제1 전류센서 ; 제1 증폭기 ; 상기제1 디퍼런스신호및듀티싸이클레퍼런스를수신하고, 제2 디퍼런스신호를생성하기위하여, 상기제1 디퍼런스신호및상기듀티싸이클레퍼런스간의디퍼런스를증폭시키는제2 증폭기 ; 상기제2 디퍼런스신호및제2 램프신호를수신하고, 상기제1 스위치의상기온-타임들또는상기오프-타임들을제어하기위한제2 제어신호를생성하기위하여상기제2 디퍼런스신호를상기제2 램프신호와비교하는제2 비교기를포함하는전자장치. 청구항 18 제16항에있어서, 상기제1 피드백제어루프는상기제1 증폭기에커플링된주파수보상네트워크 (frequency compensation network) 를더포함하고, 상기제1 증폭기및상기주파수보상네트워크는상기제1 감지전류신호및상기제1 전류레퍼런스간의디퍼런스를증폭시키는트랜스임피던스에러증폭기 (transimpedance error amplifier) 를형성하는전자장치. 청구항 19 제 15 항에있어서 제 2 LED 스트링에직렬로연결된제 3 스위치 - 상기제 2 LED 스트링은상기제 1 LED 스트링에병렬로연결됨 -; 및 - 7 -

8 상기제 2 LED 스트링을통해흐르는전류를감지하고, 상기제 2 LED 스트링을통해상기감지된전류및제 2 전 류레퍼런스에기초하여, 상기제 3 스위치의온 - 타임들또는오프 - 타임들을제어하는제 3 피드백제어루프 를더포함하는전자장치. 청구항 20 제19항에있어서, 상기제1 피드백제어루프는제1 LED 스트링에커플링되고, 제1 감지전류신호를생성하기위하여상기제1 LED 스트링을통해흐르는상기전류를감지하는제1 전류센서 ; 상기제1 감지전류신호및상기제1 전류레퍼런스를수신하고, 제1 디퍼런스신호를생성하기위하여상기제1 감지전류신호및상기제1 전류레퍼런스간의디퍼런스를증폭시키는제1 증폭기 ; 및제1 디퍼런스신호및제1 램프신호를수신하고, 상기제2 스위치의상기온-타임들또는상기오프-타임들을제어하기위한제1 제어신호를생성하기위하여상기제1 디퍼런스신호를상기제1 램프신호와비교하는제1 비교기를포함하고, 상기제3 피드백제어루프는제2 LED 스트링에커플링되고, 제2 감지전류신호를생성하기위하여상기제2 LED 스트링을통해흐르는상기전류를감지하는제2 전류센서 ; 상기제2 감지전류신호및상기제2 전류레퍼런스를수신하고, 제2 디퍼런스신호를생성하기위하여상기제2 감지전류신호및상기제2 전류레퍼런스간의디퍼런스를증폭시키는제2 증폭기 ; 및상기제2 디퍼런스신호및제2 램프신호를수신하고, 상기제3 스위치의상기온-타임들또는상기오프-타임들을제어하기위한제2 제어신호를생성하기위하여상기제2 디퍼런스신호를상기제2 램프신호와비교하는제2 비교기를포함하고, 상기제2 피드백제어루프는상기제1 전류센서 ; 상기제2 전류센서 ; 상기제1 증폭기 ; 상기제2 증폭기 ; 상기제1 디퍼런스신호및상기제2 디퍼런스신호중에서가장큰신호선택하는크기비교기 (magnitude comparator); 제3 디퍼런스신호를생성하기위하여상기크기비교기의출력및듀티싸이클레퍼런스간의디퍼런스를증폭시키는제3 증폭기 ; 및상기제3 디퍼런스신호및제3 램프신호를수신하고, 상기제1 스위치의상기온-타임들및상기오프-타임들을제어하기위한제3 제어신호를생성하기위하여상기제3 디퍼런스신호를상기제3 램프신호와비교하는제3 비교기를포함하는전자장치. 청구항

9 제20항에있어서, 상기크기비교기는상기제1 전류레퍼런스에대한상기제1 디퍼런스신호의제1 듀티싸이클의제1 비를, 상기제2 전류레퍼런스에대한상기제2 디퍼런스신호의제2 듀티싸이클의제2 비와비교하고, 상기제1 디퍼런스신호또는상기제2 디퍼런스신호중상기제1 비및상기제2 비중큰것에연관된하나를선택하는전자장치. 명세서 [0001] 기술분야 아래실시예들은 LED(light-emitting diode) 드라이버에관한것으로, 보다특정하게는멀티플피드백루프를 이용하는 LED 드라이버에관련된다. [0002] [0003] [0004] [0005] [0006] [0007] [0008] 배경기술 LED들은예컨대, 건축화조명 (architectural lighting), 자동차전조등및미등 (automotive head and tail light), 액정표시장치 (liquid crystal display device) 를위한백라이트, 플래시라이트 (flashlight) 등과같은다양한전자어플리케이션 (electronics application) 에적용된다. 백열등및형광등과같은일반적인조명소스 (lighting source) 와비교하여, LED는높은효율성 (high efficiency), 좋은방향성 (good directionality), 컬러안정성 (color stability), 높은신뢰성 (high reliability), 긴수명, 작은크기및환경안전성등의상당한장점을가진다. LED는전류드라이브장치이므로, LED에흐르는전류를조절함은 LED 장치를위한기술에있어중요한제어이다. DC(direct current) 전압소스로부터 LED의큰배열을드라이브하기위하여, 부스트전력변환기 (boost power converter) 와같은 DC-DC 스위칭전력변환기는 LED 전류를조절하기위해, 피드백루프와함께이용될수있다. 도 1은부스트변환기를이용하는종래의 LED 드라이버를보여주는도면이다. 상기 LED 드라이버는서로직렬로연결된 LED들 (110) 및입력 DC 전압에커플링된부스트 DC-DC 전력변환기 (100), 및제어회로 (102) 를포함한다. 일반적으로, 부스트변환기 (100) 는인덕터 (inductor) L, 다이오드 (diode) D, 캐패시터 (capacitor) C 및스위치 (switch) S1을포함한다. 부스트변환기 (100) 는도면의간단함을위해생략된다른컴포넌트를포함할수있다. 부스트컴버터 (100) 의구조및동작은일반적으로, 그것의출력전압 Vout이스위치 S1의턴-온 / 턴-오프타임들의듀티싸이클에의해결정된다는점으로잘알려져있다. 출력전압 Vout은 LED들 (110) 을통해흐르는전류를제공하기위하여, LED들 (110) 의스트링에인가된다. 제어회로 (102) 는상기 LED들 (110) 을통해흐르는전류 (104) 를검출하고, 상기스위치의듀티싸이클을제어하기위하여상기검출된전류 (104) 를기초로, 제어신호 (106) 을생성한다. 제어회로 (102) 는다양한제어스킴중하나로스위치 S1을제어할것이다. 예컨대, 상기제어스킴은펄스폭복조 (pulse width modulation, PWM), 펄스주파수변조 (pulse frequency modulation, PFM), 일정한온-타임또는오프-타임제어 (constant on-time or offtime control), 및히스테리시스 / 슬라이딩-모드제어 (hysteretic/sliding-mode control) 등이될수있다. 제어회로 (102) 및신호경로들 (104 및 106) 은도 1의종래의 LED 드라이버를위한단일피드백루프를형성시킬수있다. 도 1에도시된바와같이, 종래의 LED 드라이버들에대한두가지주된변경은속도및전류공유가될수있다. 빠른스위칭속도는상기 LED 드라이버에서요구된다. 왜냐하면, LED 밝기를자주조절할필요가있기때문이다. 빠른스위칭속도는펄스폭변조 (PWM) 을이용하는디밍제어 (dimming control) 에특히유용하다. 왜냐하면, 상기디밍제어는 LED가빛이나노로드 (no load) 로부터헤비로드 (heavy load) 로혹은그반대로빠르게전환될필요가있기때문이다. LED 드라이버의속도는작은신호성능에의해측정될수있다. 상기부스트변환기에서고유의우반평면 (right-half-plane, RHP) 으로인해, 종래의 LED 드라이버의속도는대부분의 LED 장치가무엇을요구하는지에따라제한될수있다. 전류공유는제조과정에의한 LED들의파라미터가변성 (parameter variability) 으로인해필요하다. LED의멀 - 9 -

10 티플직렬-스트링이병렬로연결된경우, LED의포워드전압 ( ) 에서의작은실수는전류밝기에서커다란차이를발생시킬수있다. 전류공유는다양한방법으로시도되어왔다. 그중하나는분리전력변환기 (separate power converter) 를이용한멀티플 LED 스트링각각을드라이브하는것이다. 그러나, 이러한방법은높은컴포넌트계산, 높은실행비용, 및큰사이즈의단점이있을수있다. [0009] 다른방법은하나의 LED 스트링을각각드라이빙하는전류미러들을사용하는것이다. 상기다른방법의예시 는 2003 년 3 월 25 일, Volk 에의해발행된미국특허 6,538,39 에서볼수있다. 그러나, 이러한전류미러들을 사용하는방법은효율이낮을수있다. 즉, LED 들의포워드전압이다른경우, 병렬로연결된 LED 스트링에인 가되는전력변환기의출력전압 ( ) 은가장높은콤바인포워드전압 (combined forward voltage)( ) 을가진 LED 스트링보다높아야한다. 가장높은것보다낮은콤파인포워드전압을가진 LED 스트링에는전압디퍼런스가있으며, 상기전압디퍼런스는상기가장낮은콤바인포워드전압 ( ) 을가진 LED 스트링에서나타나는가장높은전압디퍼런스를이용하여, 각각의전류미러에인가된다. 상기전류미러들에의해소멸되는전력이조명에이용되지못함에따라, 전체효율이낮아진다. 이는특히, LED 스트링간의콤파인포워드전압의디퍼런스가큰경우에전체효율이더낮아질것이다. [0010] 또다른방법으로, 2003년 9월 9일, Bohn에의해발행된미국특허 6,618,031에서는멀티플 LED 스트링각각을연달아턴온하는방법을보여준다. 그러나, 상기의또다른방법은 LED 드라이버에게더빠른다이나믹반응을요구할수있으며, 전력변환기효율이낮은상태에서전력변환기가딥불연속모드 (deep discontinuous mode, DCM) 으로동작하도록한다. 발명의내용 [0011] [0012] [0013] 해결하려는과제본발명의실시예들은적어도두개의분리되고, 상호연결 (interlock) 되고, 연관된피드백루프 (closed feedback loop) 들을포함하는 LED 드라이버를포함한다. 하나의피드백루프는상기 LED 스트링의온 / 오프타임들의듀티싸이클을제어하고, 다른피드백루프는상기병렬로연결된 LED 스트링들에인가되는 DC 전압을제공하는스위칭전력변환기에서전력스위치의온 / 오프타임들의듀티싸이클을제어한다. 각각의기능을수행하는두개의피드백루프에의해, 본발명의실시예에따른 LED 드라이버는 LED 밝기를빠르게제어할수있으며, 동시에, 전력효율및비용효율방식으로멀티플 LED 스트링간의정확한전류공유를달성시킬수있다. 본발명의실시예에따른특징및장점은아래명세서에상술된내용에의해한정되는것은아니며, 본발명이속하는분야에서통상의지식을가진자가본발명의실시예에따른도면, 상세한설명및청구범위로부터다양한수정및변형을진행함에따라, 추가적으로나타날수있다. 나아가, 설명된실시예에사용된언어는가독성 (readability) 및교육적인목적 (instructional purposes) 을위해선택되었으며, 본발명의목적을한정시키거나기술하기위해선택된것은아니다. [0014] 도면의간단한설명 도 1 은부스트컨버터를이용하는종래의 LED 드라이버를보여주는도면. 도 2는본발명의제1 실시예에따른멀티플피드백루프를이용하는 LED 드라이버를보여주는도면. 도 3은본발명의제2 실시예에따른멀티플피드백루프를이용하는 LED 드라이버를보여주는도면. 도 4는본발명의제3 실시예에따른멀티플피드백루프를이용하는 LED 드라이버를보여주는도면. 도 5는본발명의일실시예에의해사용되는주파수보상네트워크의일례를보여주는도면. 도 6은도 3에도시된크기비교기의일례를보여주는도면. 도 7a는도 4에도시된크기비교기의일례를보여주는도면. 도 7b는도 4에도시된크기비교기의다른일례를보여주는도면

11 [0015] [0016] 발명을실시하기위한구체적인내용이하, 본발명의실시예를첨부된도면을참조하여상세하게설명한다. 이하상술되는설명, 구성및방법의실시예들은본발명의원리로부터벗어나지않게다양하게수정및변형될수있다. 첨부된도면을이용하여본발명의몇몇의실시예들을설명할것이다. 실시가능한유사한또는동일한부재번호들은도면들에서사용될수있고, 유사한또는동일한기능을지시할수있다. 그도면들은본발명의실시예들을묘시하고, 이는단지설명의목적들만을위한것이다. 이기술분야에서숙련된기술자는다음의기술로부터쉽게다음을파악할수있다. 즉, 기술자는여기에서설명되는방법들및구조들의대체적인실시예들은여기에서기술되는본발명의원리로부터벗어나지않는한구현될수있음을파악할수있다. [0017] [0018] [0019] [0020] [0021] 도 2는본발명의제1 실시예에따른멀티플피드백루프를이용하는 LED 드라이버를보여주는도면이다. 상기 LED 드라이버는전자장치 (electronic device) 의일부가될수있다. 상기 LED 드라이버는부스트-타입 DC-DC 전력변환기 (boost-type DC-DC power converter)(100), MOSFET 스위치 S2, 및피드백제어회로 (feedback control circuit) 들 (202, 204) 로구성된다. 비록스위치 S2가 LED 스트링 (110) 에서제1 LED의양극 (anode) 및부스트변환기 (100) 간에직렬로연결되더라도, 스위치 S2는 LED 스트링 (110) 에있는마지막 LED의음극 (cathode) 및그라운드 (graound) 사이에서, 멀티플 LED들 (110) 의스트링에직렬로연결된다. 부스트변환기 (100) 는일반적인것으로, 인덕터 (inductor) L, 다이오드 (diode) D, 캐패시터 (capacitor) C 및 MOSFET 스위치 (switch) S1을포함할수있다. 부스트변환기 (100) 는본발명에서설명의간단함을위해생략된다른컴포넌트들을포함할수있다. 부스트컨버터 (100) 의구조및동작은그것의출력전압 Vout이듀티사이클에서얼마나오래턴온되는지에따라결정된다는점으로잘알려져있다. 출력전압 Vout는 LED들 (110) 에흐르는전류를공급하기위하여, LED들 (110) 에인가된다. 스위치 S1는다양한제어스킴중하나에의해제어될것이다. 상기다양한제어스킴은펄스폭복조 (PWM), 펄스주파수변조 (PFM), 일정한온-타임또는오프-타임제어, 및히스테리시스 / 슬라이딩-모드제어등이될수있다. 부스트변환기가상기전력변환기 (100) 로이용되더라도, 부스트, 벅-부스트 (buck-boost), 플라이백 (flyback) 등을포함하여다른토폴로지를이용하는다른타입들의전력변환기들은부스트전력변환기 (100) 대신에사용될수있다. 피드백제어회로 (202) 는연관된피드백루프의일부를형성하며, 증폭기 Amp1, 주파수보상네트워크 FreqComp1 및비교기 Comp1을포함한다. 피드백제어회로 (204) 는다른연관된피드백루프의일부를포함하며, 증폭기 Amp2, 주파수보상네트워크 (frequency compensation network) FreqComp2 및비교기 Comp2를포함한다. 증폭기들 Amp1 및 Amp2는전압-대-전압연산증폭기 (voltage-to-voltage operational amplifier), 전압-대-전류트랜스컨덕턴스증폭기 (voltage-to-current transconductance amplifier), 전류-대-전압트랜스-레시스턴스증폭기 (current-to-voltage trans-resistance amplifier) 및전류-대-전류미러 (current-to-current mirror) 등과같이다양한타입의증폭기가될수있다. 증폭기들 Amp1 및 Amp2는디지털회로에서실행될수있다. 주파수보상네트워크 FreqComp1, FreqComp2는레시스터및캐패시터네트워크로구성되고, 인터그래이터 (integrator) 로서수행한다. 증폭기 Amp1, Amp2의증폭기타입에따라서, 주파수보상네트워크 FreqComp1, FreqComp2는도 2에도시된바와같이증폭기출력으로부터입력으로연결되거나, 증폭기출력으로부터 AC(alternating current) 그라운드로연결되거나, 및 / 또는증폭기출력으로부터증폭기 Amp1, Amp2에대한입력신호가분배된포트로연결될수있다. 마찬가지로, 주파수보상네트워크 FreqComp1, FreqComp2는디지털회로에서실행될수있다. 컴포넌트 (210) 는저항성있고 (resistive), 유도성을가지며 (inductive)( 계기용변류기 (current transformers)), 기생적인 (parasitic)(mos RDS(ON) 및인덕터 DC 레시스턴스 ) 감지와같이다양한형태로구현될수있는전류센서를나타낸다. 그러나, MOS 게이트드라이버와같은주변회로들은설명의간단함을위하여도 2에서생략하도록한다. 도 2에도시된제1 실시예에서, 피드백회로 (feedback circuitry) 는두개의상호연결되고연관된피드백루프들 Loop1, Loop2를포함한다. 제1 피드백루프 (Loop1) 는전류센서 (210), 증폭기 Amp1 및비교기 Comp1를구비한피드백제어회로 (202) 로부터의컴포넌트들을포함한다. 제1 피드백루프 (Loop1) 는전류센서 (210) 을이용하여 LED들 (110) 에흐르는전류를감지한다. 그리고, 제1 피드백루프 (Loop1) 는제어신호 (206) 을이용하여스

12 위치 S2의듀티싸이클을제어하며, 이에따라, 스위치 S2가스위칭싸이클에서턴되었다가오프되는동안, LED 들 (110) 에흐르는상기감지된전류에적어도일부기초하여, 스위치 S2의온-타임들및 / 또는오프-타임들을각각제어한다. 제2 피드백루프 (Loop2) 는전류센서 (210), 증폭기들 Amp1, Amp2 및비교기 Comp2를구비한피드백회로들 (202, 204) 로부터의컴포넌트들을포함한다. 제2 피드백루프 (Loop2) 는증폭기 Amp1의출력전압 ( ) 을감지한다. 그리고, 제2 피드백루프 (Loop2) 는제어신호 (208) 을이용하여스위치 S1의듀티싸이클을제어하며, 이에따라, 스위치 S1이스위칭싸이클에서턴온되었다가오프되는동안, 증폭기 Amp1의출력전압 ( ) 에적어도일부기초하여, 스위치 S1의온-타임들및 / 또는오프-타임들을각각제어한다. 이러한두개의피드백루프들 (Loop1 및 Loop2) 는아래에서설명되는서로다른제어목적들을위하여, 서로다른주파수도메인에서동작한다. [0022] [0023] 제1 피드백루프 (Loop1) 의동작 LED 스트링 (110) 을통해흐르는 LED 전류는전류센서 (210) 에의해감지되고, 증폭기 Amp1에입력신호로서제공된다. 증폭기 Amp1에대한다른입력신호는 LED 밝기에대응하여, 미리선정된레퍼런스전류신호 (reference current signal) CurRef. 이다. 상기 LED 전류및 CurRef. 간의디퍼런스는주파수보상네트워크 FreqComp1에의한주파수보상을이용하여, 증폭기 Amp1에의해증폭된다. 증폭기 A1 및주파수보상네트워크 FreqComp1은적용된주파수보상을이용하여, 트랜스임피던스에러증폭기 (transimpedance error amplifier) 를 형성한다. 이후, 증폭기 Amp1의출력 ( ) 는비교기 Comp1에분배되고, 레퍼런스램프신호 Ramp1와비교된다. 이때, 레퍼런스램프신호 Ramp1는톱니 (saw-tooth), 삼각 (triangular) 또는다른타입의파형을이용하며, Comp1에서, 펄스폭변조 (PWM) 신호 (206) 을생성할수있는주기적인신호가바람직하다. 스위치 S2 는 PWM 신호 (206) 에따라턴온되고턴오프된다. 추가적으로, PWM 신호 (206) 은디지털회로들에서명확한램프신호 (explicit ramp signal) 없이도생성될수있다. 레퍼런스램프신호 Ramp1를고려하는경우, PWM 신호 (206) 의 PWM 듀티싸이클 D는오직 (solely) 증폭기출력 ( ) 의 DC 레벨에의해결정된다. LED 스트링 (11 0) 을통해흐르는 LED 전류 ( ) 는스위치 S2 가온인경우에흐른다고가정한다. [0024] [0025] LED 밝기에대응하여, LED 스트링 (110) 을통해흐르는전류의평균 LED 전류 ( ) 는의일부이고, 듀티 싸이클 D 에의해아래의수학식 1 과같이할당될수있다. [ 수학식 1] [0026] [0027] 만약, LED 들의밝기가변경되면, 전류레퍼런스 CurRef. 는조절될수있다. 이에따라, 증폭기출력전압 ( ) 의레벨은증폭기 Amp1 및그에따라변경되는스위치 S2 의 PWM 듀티싸이클에의해다시결정될것이 다. 주파수보상네트워크 FreqComp1의로-패스특성으로인해, 는평균 LED 전류 ( ) 가레퍼런스전류코멘드 (reference current command) CurRef. 와매치되고, 그에따라제어의정확도가달성될때까지, 정상상태를유지하지못할수있다. 게다가, 이정상상태를유지하는시간은종래의 LED 드라이버에비해상당히속도가증가한스위치 S2의스위칭주파수의일부싸이클처럼짧아질수있다. 그러므로, 제1 피드백루프 (L1) 은 LED 전류를빠르게제어할수있다. [0028] [0029] 제 1 피드백루프 (Loop1) 의동작 부스트변환기 (100) 의출력전압 Vout 는일정치이상바이어스되고, 이에따라스위치 S2 가온되는경우, LED

13 스트링 (110) 을통해상당한전류흐름이발생할수있다. 반면, 다른측의 LED 전류및전압간의지수적인관계 (exponential relation) 로인하여, 앞서말한 LED의포워드전압보다너무높은출력전압 Vout를가지는것은장치에부하를주기때문에바람직하지않을수있다. 제2 피드백루프 (Loop2) 는상기출력전압 Vout의최상의바이어스을위해설계될수있다. [0030] 앞서언급한바와같이, 증폭기전압 ( ) 은스위치 S2 의듀티싸이클을결정한다. 또한, 제 2 피드백루프 (Loop2) 에서, 증폭기출력전압 ( ) 은증폭기 Amp2 의입력을제공한다. 증폭기 Amp2 의다른입력은미리 선정된레퍼런스듀티싸이클값 (DCRef.) 이다. 및 DCRef. 간의디퍼런스는주파수보상네트워크 FreqComp2DP에의한주파수보상을이용하여, 증폭기 Amp2에의해증폭된다. 증폭기 Amp2의출력전압 ( ) 는주기적인다른램프신호 Ramp2 와비교되고, 스위치 S1 의온 / 오프듀티싸이클을제어하기위하여 PWM 제어신호 (208) 을생성한다. 만약, 또는 DCRef. 중하나에서변경이있으면, 증폭기 Amp2 는 를조절하고, 이에따라스위치 S1 의듀티싸이클은다른레벨에서부스트전력변환기 (100) 의출력전압 Vout 를바이어스시킬수있다. Vout 상의작은변경은증폭기출력전압 ( ) 을번갈아바꾸는다이오드전 류 ( ) 상에상당한조정을야기할수있다. 주파수보상네트워크 (FreqComp2) 는증폭기출력전압 ( ) 이안정된상태에서 DCRef. 로유지하는것을가능하게하도록설계된다. Loop1 과같이, Loop2 의컴포 넌트는디지털회로에서실행될수있다. [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] 유지하는시간의관점에서, 제2 피드백루프 (Loop2) 는제1 피드백루프 (Loop1) 보다많은컴포넌트를포함할수있다. 이러한컴포넌트는부스트변환기전력스테이지 (100) 에서의컴포넌트가해당되며, 루프역학반응 (loop dynamic response ) 을상당히떨어뜨릴수있다. 그결과, 제2 피드백루프 (Loop2) 의크로스오버주파수는제1 피드백루프 (Loop1) 의크로스오버주파수보다매우낮아질수있다. 이러한두개의피드백루프는 Loop1을이용한빠른로드반응및 L2를이용한시스템안정성을각각만족시키기위하여, 서로다른주파수도메인에서설계될수있다. 빠른로드반응 (Loop1) 및시스템안정성 (Loop2) 을이용하여, 각각의피드백루프에의해별도로제공되는두개의분리된피드백루프들을제공하는것은, 안정성-속도간의트레이드오프 (stability-speed tradeoff) 를위한필요를만족시킨다. 다시말해서, 본발명의실시예에따른 LED 장치는종래의 LED 장치와는다르게, 빠른로드반응및안정된출력바이어스를달성시킬수있다. 최상의출력바이어싱은스위치 S2에의해요구된듀티싸이클을나타내는 DCRef. 의선택에의해결정된다. 루프다이나믹 (loop dynamic) 및 LED 디밍범위 (LED dimming range) 의관점으로해석될수있다. 루프다이나믹에의해, 전력변환기출력전압 Vout는디밍제어요구의속도로변경되지못할수있다. CurRef. 가매번업데이트되면, 제1 피드백루프 (Loop1) 는스위치 S2의듀티싸이클 D을다소일정한 Vout 이하의새로운밝기세팅으로빠르게조정한다. 그러므로, 스위치 S2의듀티싸이클 D는 LED 밝기에비례한다. 스위치 S2의듀티싸이클 D를위한최대값이 1(100%) 일때, (* 즉석의 *) DCRef. 는아래의수학식 2에의해계산될수있다. [ 수학식 2] [0036] [0037] 여기서, max(curref) 는최대로가능한 CurRef. 이고, 어플리케이션에의해결정된다

14 [0038] 만약, 듀티싸이클 D는 CurRef./max(CurRef.) 보다크고, 그결과 CurRef. 이최대레벨로진행되면, 듀티싸이클이 100% 로포화상태이기때문에, LED들 (110) 을통해흐르는전류는새로운명령에응답하지못할수있다. 그러나, 디밍범위의관점에의하면, ( 전원이꺼지기전에 ) LED 밝기의최대및최소간의비 (ratio) 를최대화하는것이바람직하다. 최소밝기는제한된상승하강시간 (finite rise and fall time) 과같이실행강제에의해제한되는스위치 S2의최소듀티싸이클에대응한다. 그리고, 상기 LED들의디밍범위를최대화하는것은 스위치 S2 의듀티싸이클에대응될수있다. 수학식 2 를이용하여, 스위치 S2 의최적듀티싸이클 ( 아래의수학식 3 과같이나타낼수있다. ) 은 [0039] [ 수학식 3] [0040] [0041] 상기수학식 3 에서의값들은연관된피드백루프 (Loop1) 를과잉공급하고, LED 디밍범위의낭비및장치의과 부하를발생시킬수있다. 실제의설계에서, 는파라메터변경 (parameter variation) 및제조허용오 차 (and manufacturing tolerance) 를위해, 수학식 3 에서의값이하로선택될것이다. [0042] 다시말해서, 본발명의실시예에따른상기 LED 드라이브기법은두개의분리되고, 상호연동되는피드백루프, LED 전류에대한한번의제어, 전력변환기의출력전압에대한다른한번의제어를통해빠른속도및강력한안정성을달성할수있다. 또한, 본발명의실시예에따른상기 LED 드라이브기법은최대디밍범위및최소장치부하를실현하는최적의출력바이어스방식을제공한다. LED 드라이버에대한스위치 S2의추가는컴포넌트의수및비용에대해작은증가이고, 필요하다면스위치 S2는 LED의전원을완전히종료시키는데사용될수있다. 상기부스트 LED 드라이버는 LED 스트링 (110) 에병렬로연결된스위치 S2 없이는 LED 스트링 (100) 을완전히턴오프시키지못할수있다. [0043] [0044] [0045] 도 3은본발명의제2 실시예에따른멀티플피드백루프를이용하는 LED 드라이버를보여주는도면이다. 도 3 에도시된실시예는예컨대, 도 2에도시된예시에서두개의 LED 스트링들과같이멀티플 LED 스트링들을제공할수있다. 도 3에도시된제2 실시예는 LED들의추가적인스트링 (306), LED 스트링 (306) 에병렬로연결된스위치 S3, 및제3 피드백제어회로 (304), 전류센서 (312) 및자가-선택크기비교기 (self-selective magnitude comparator) 이추가된것을제외하고, 도 2에도시된제1 실시예와실질적으로동일하다. LED 스트링 (306) 은 LED 스트링 (110) 과병렬로연결된다. 부스트전력변환기 (100), 제1 피드백제어회로 (202) 및제3 피드백제어회로 (204) 는도 2에도시된제1 실시예들에서대응하는것들과실질적으로동일하다. 부스트전력변환기 (100) 의출력전압 Vout는 LED 스트링 (110 및 306) 각각에인가된다. 또한, 두개의 LED 스트링 (110 및 306) 은제1 및제3 피드백제어회로들 (202 및 304) 각각을통해동일한전류레퍼런스 CurRef. 를공유할수있다. 그러므로, 두개의 LED 스트링 (110 및 306) 은동일한밝기를가지는것으로설계될수있다. 제3 피드백제어회로 (304) 는증폭기 Amp3, 주파수보상네트워크 FreqComp3 및비교기 Comp3를포함한다. 도 3에도시된제2 실시예에서의피드백회로는세개의상호연결되고연관된피드백루프들 (Loop1, Loop2 및 Loop3) 를포함한다. 제1 피드백루프 (Loop1) 는전류센서 (210), 증폭기 Amp1, 주파수보상네트워크 FC1 및비교기 Comp1를구비한피드백루프제어회로 (202) 로부터의컴포턴트들을포함한다. 제1 피드백루프 (L1) 는전류센서 (210) 을이용하여, 다이오드 (110) 을통해흐르는전류를감지하고, 제어신호 (206) 을이용해스위치 S2 의듀티싸이클을제어한다. 제3 피드백루프 (L3) 는전류센서 (312), 증폭기 Amp3, 주파수보상네트워크 FreqComp3 및비교기 Comp3을구비한피드백제어회로 (304) 로부터의컴포턴트들을포함한다. 제3 피드백루프 (L3) 는제1 피드백루프 (L1) 와유사하게, 전류센서 (312) 를이용하여, LED들 (306) 을통해흐르는전류를감지하고, 제어신호 (316) 을이용해스위치 S3의듀티싸이클을제어한다. 제2 피드백루프 (Loop2) 는전류센서 (210, 312), 증폭기 Amp1, Amp2, Amp3, 비교기 Comp2 및주파수보상네트워크 FreqComp1, FreqComp2, FreqComp3를구비한모든 3개의피드백회로 (202, 304, 204) 로부터의컴포넌트들

15 을포함한다. 제2 피드백루프 (Loop2) 는증폭기 Amp1 및 Amp3의출력을감지하고, 제어신호 (208) 을이용하는스위치 S1의듀티사이클을제어한다. 스위치들 S2 및 S3의듀티싸이클이제어루프포화 (saturation) 를피하기위해상한 (upper bound) 에의해제한되어야함에따라, 스위치들 S2 및 S3를위한듀티싸이클들중큰것이제2 피드백루프 (Loop2) 에서의레귤레이션을위해선택된다. 따라서, 자가-선택적크기비교기 (302) 는증폭기 Amp1 및 Amp3의출력전압들 (, ) 을각각의입력신호들 (308, 310) 로서수신하고비교한다. 그리고, 자가-선택적크기비교기 (302) 는두신호들 (308, 310) 중에서큰신호를선택하고, 상기선택된신호 (314) 를출력신호로서출력한다. 출력신호 (314) 는예컨대, 증폭기 Amp1, Amp3의더큰출력전압들 (, ) 이될수있으며, 이는증폭기 Amp2에입력된다. 증폭기 Amp2에대한다른입력은미리선정된레퍼런스듀티싸이클값인 DCRef. 이다. 신호 (314) 및 DCRef. 간의디퍼런스는주파수보상네트워크 FreqComp2을위한적정한주파수보상을이용하여, 증폭기 A2에의해증폭된다. 증폭기 Amp2의출력전압 ( ) 는주기적인다른램프신호 (Ramp2) 와비교되며, 도 2에도시된제1 실시예와마찬가지로스위치 S1의온 / 오프듀티싸이클을제어하기위한 PWM 제어신호 (208) 을생성한다. [0046] 종래에서평행드라이브접근법을이용하는 LED 드라이버와비교해보면, 도 3에도시된제2 실시예는상당한장점을가질수있다. 첫째, 제2 실시예는전력컴포넌트나 LED 드라이버의크기를더추가하지않는다. 둘째, 제2 실시예는부스트변환기를불연속제어모드 (DCM) 또는동작의다른특정모드로제한하지않는다. 셋째, 제2 실시예의제어정확도는 LED 전류및연관된-루프피드백컨트롤에대한직접적인측정에의해, 제한된정확도를가진오픈-루프측정및장치매칭에좌우되는종래의전류미러들이나순차적인조명기법 (sequential lighting approach) 보다보장될수있다. 마지막으로, 제2 실시예에서의전원효율은종래의전류미러기법보다높다. 앞서설명한바와같이, 전류미러들각각은각각에대응하는 LED 스트링및가장높은포워드전압강하를가지는 LED 스트링간의포워드전압디퍼런스를지원해야하기때문에, 전류미러들은낮은효율을가진다. 제2 실시예는이러한문제를극복할수있다. 왜냐하면, 이러한포워드전압디퍼런스는각각의피드백제어루프들 (Loop1 및 Loop2) 에의해 LED 스트링들간의듀티싸이클디퍼런스로변환되기때문이다. 스위칭장치에흐르는온-상태전압이이론적으로제로 (zero) 가되면, 효율상의이득이상당량높아질수있다. 특히, 이는 LED 스트링전압의미스매치 (mismatch) 가큰경우가해당된다. [0047] [0048] [0049] [0050] 도 4는본발명의제3 실시예에의한 LED 드라이버를보여주는도면이다. 도 3에도시된제2 실시예에서의병렬장치스킴은레드-그린-블루 (Red-Green-Blue, RGB) 3가지컬러를가진장치 LED들로확장될수있으며, 상기컬러들각각에의해서로다른밝기를필요로할수있다. 제3 실시예에서는레드, 그린, 및블루컬러들각각에대응하는 3개의 LED 스트링들의병렬장치가가능하다. 제3 실시예는 LED들의추가적인스트링 (406), LED 스트링 (406) 에직렬로연결된스위치 S4, 제4 피드백제어회로 (404), 전류센서 (414) 및자가-선택적크기비교기 (402) 가추가된것을제외하고, 도 3에도시된제2 실시예와실질적으로동일하다. 부스트전력변환기 (100), 제1 피드백제어회로 (202), 제2 피드백제어회로 (204) 및제3 피드백제어회로 (304) 는도 3에도시된제2 실시예와실질적으로동일하다. 부스트전력변환기 (100) 의출력전압 Vout는 LED 스트링 (110, 306 및 406) 각각에인가된다. 제2 실시예와는다르게, 3개의 LED 스트링 (110, 306 및 406) 은제1, 제3 및제4 피드백제어회로 (202, 304, 404) 에각각인가되는기분리된전류레퍼런스 (CRred, CRgreen 및 CRblue) 을가지며, 이러한전류레퍼런스각각은서로다른값을가질수있다. 이에따라, 각각의색깔을위한서로다른밝기가작동될수있다. 제4 피드백제어회로 (404) 는증폭기 Amp4, 주파수보상네트워크 FreqComp4 및비교기 Comp4를포함한다제3 실시예에서의피드백회로는 4개의상호연동하고, 연관된피드백루프들 (Loop1, Loop2, Loop3 및 Loop4) 을포함한다. 제1 피드백루프 (Loop1) 는전류센서 (210), 증폭기 Amp1, 주파수보상네트워크 FreqComp1 및비교기 Comp1를구비한피드백제어회로 (202) 로부터의컴포넌트들을포함한다. 제1 피드백루프 (Loop1) 는전류센서 (210) 을이용하여 LED들 (110) 에흐르는전류를감지한다. 그리고, 제1 피드백루프 (Loop1) 는제어신호 (206) 을이용하여스위치 S2의듀티싸이클을제어한다. 제3 피드백루프 (L3) 는전류센서 (312), 증폭기 Amp3, 주파수보상네트워크 FreqComp3 및비교기 Comp3을구비한피드백제어회로 (304) 로부터의컴포턴트들을포함한다. 제3 피드백루프 (L3) 는전류센서 (312) 를이용하여, LED들 (306) 을통해흐르는전류를감지하고, 제1 피드백루프 (L1) 과유사하게, 제어신호 (316) 을통한전류레퍼런스 (CRgreen) 에

16 따라스위치 S3의듀티싸이클을제어한다. 제4 피드백루프 (Loop4) 는전류센서 (414), 증폭기 Amp4, 주파수보상네트워크 FreqComp4 및비교기 Comp4를구비한피드백제어회로 (404) 로부터의컴포넌트들을포함한다. 제4 피드백루프 (Loop4) 는전류센서 (414) 를이용하여 LED들 (406) 을통해흐르는전류를감지하고, 제1 및제3 피드백루프 (Loop1 및 Loop3) 와유사하게, 전류레퍼런스 (CRblue) 에따라, 제어신호 (418) 를이용하여스위치 S4의듀티싸이클을제어한다. [0051] 제2 피드백루프 (Loop2) 는전류센서 (210, 312 및 414), 증폭기 Amp1, Amp2, Amp3 및 Amp4, 주파수보상네트워크 FreqComp1, FreqComp2, FreqComp3 및 FreqComp4 및비교기 Comp2를구비한 4개의피드백회로 (202, 304, 404, 204) 로부터의컴포넌트들을포함한다. 제2 피드백루프 (Loop2) 는증폭기 Amp1, Amp3 및 Amp4의출력전압을감지하고, 제어신호 (208) 을이용하여스위치 S1의듀티싸이클을제어한다. 스위치들 S2, S3 및 S4의듀티싸이클은제어루프포화를피하기위해상한에의해제한되어야함에따라, 제2 피드백루프 (Loop2) 에서의레귤레이션을위하여스위치들 S1, S2, S3 및 S4에대한각각의듀티싸이클들중가장큰것이선택된다. 그러 므로, 자가-선택적크기비교기 (402) 는증폭기 Amp1, Amp3 및 Amp4의출력전압들 (,, ) 을각각의입력신호들 (408, 410, 412) 로서수신하고, 뿐만아니라각각의전류레퍼런스들 (CRred, CRgreen 및 CRblue) 을수신한다. 그리고, 자가-선택적크기비교기 (402) 는 3개의신호 (408, 410 및 412) 중하나를출력신호 (416) 으로서선택하며, 상기선택된신호는전류레퍼런스신호들각각에대하여듀티싸이클의비가가장큰것과연괸된신호 ( 예컨대, max (D/CurRef)) 가될수있다. 상기의선택과정은 LED 스트링 (110, 306 및 406) 에서전류디퍼런스가다르기때문에, 간단할수있다. 출력신호 (416) 는증폭기 Amp2에입력된다. 증폭기 Amp2에대한다른입력은미리선정된레퍼런스듀티싸이클비인 D/CRef. 이다. 신호 (416) 및 D/CRef. 간의디퍼런스는주파수보상네트워크 FreqComp2를위한적정한주파수보상을이용하여, 증폭기 A2에의해증폭된다. 증폭기 Amp2의출력전압 ( ) 은주기적인다른램프신호 (Ramp2) 와비교되며, 도 2 및도 3에도시된제1/ 제2 실시예와마찬가지로스위치 S1의온 / 오프듀티싸이클을제어하기위하여 PWM 제어신호 (208) 을생성한다. [0052] 도 5는본발명의일실시예에의해사용되는주파수보상네트워크의일례를보여주는도면이다. 도 2, 3 및 4에도시된실시예를이용함에따라, 주파수보상네트워크 (500) 는증폭기 (502) 의하나의입력에연결된종단 (510) 및증폭기 (502) 의출력에연결된다른종단 (512) 를이용하여, 증폭기 (502) 에연결된것을보여준다. 예컨대, 주파수보상네트워크 (500) 는도 2, 3 및 4에서 FreqComp1으로나타낸것이고, 증폭기 (502) 는도 2, 3 및 4에서 Amp1로나타낸것일수있다. 도 5는도 2, 3 및 4에나타난증폭기결합인다른주파수보상네트워크- 을도시할수있다. 예컨대, 상기증폭기결합은 FreqComp2-Amp2 결합, FreqComp3-Amp3 결합, 및 FreqComp4- Amp4 결합이해당될수있다. 주파수보상네트워크 (500) 는캐패시터 (506) 에직렬로연결된저항기 (508) 및저항기 (508) 에병렬로연결된캐패시터 (504) 를포함한다-즉, 캐패시터 (506) 결합-. 주파수보상네트워크 (500) 는 DC 정확도및시스템안정성을허용하면서, 낮은주파수들에서증폭기 (502) 의두입력간의디퍼런스의적분기 (integrator) 로서의기능을수행한다. [0053] [0054] 도 6은도 3에도시된크기비교기의일례를보여주는도면이다. 상기일례의크기비교기 (302) 는다이오드 OR 회로 (diode OR circuit) 가이용되었지만, 본발명이이에한정되는것은아니다. 크기비교기 (302) 는서로병렬로연결된다이오드들 (602 및 604) 및다이오드들 (602 및 604) 의음극에연결된저항기 (608) 을포함한다. 다이오드들 (602 및 604) 은신호들 (308, 310) 을수신하고, 저항기 (608) 에흐르는출력전압 (314) 으로임포즈 (impose) 되기위한가장큰전류를가진신호들 (308, 310) 중하나를선택한다. [0055] 도 7a 는본발명의일실시예에따라, 도 4 에도시된크기비교기의일례를보여주는도면이다. 도 7a 에도시된 크기비교기 (700) 는도 4 에도시된크기비교기로서사용될수있다. 크기비교기 (702) 는연관된스위치 S2, S3, S4 의듀티싸이클을나타내는증폭기 Amp1, Amp3, Amp4 의출력전압들 (,, ) 을각각의입력 신호 408, 410, 412 로서수신한다. 드라이버 (702, 704, 706) 는레드, 그린, 블루에대응하는전류레퍼런스에

17 대한듀티싸이클들의비 (D/CurRef) 를나타내는신호들 (708, 710, 712) 을생성하기위하여, 레드, 그린, 블루를위한전류레벨에대응하는각각의신호들 (408, 410, 412) = 을 CRred, CRgreen, CRblue로드라이빙한다. 비교기 (714) 는신호들 (708, 710, 712) 을비교하고, 상기 3 개의신호들 (708, 710, 712) 중가장큰것을출력신호 (416) 으로서선택한다. 예컨대, 상기선택된신호는각각의전류레퍼런스신호에대한듀티싸이클들의비가가장큰것을가진신호 (max(d/curref)) 가될수있다. LED의평균전류가밝기에비례한다고가정하면, 도 7A 의회로는어느 LED 스트링 (110, 306, 406) 이밝기비에대해가장높은듀티싸이클을가졌는지를식별할수있다. 만약, 듀티싸이클이가장높지만, 전류가낮다면, 다른제2 피드백루프 (Loop2) 는 LED 드라이버 (100) 의출력전압을재조정한다. 이에따라, 각각의 LED 스트링 (110, 306, 406) 의로컬전류루프 (Loop1, Loop3, Loop4) 는과잉공급하지않는다. [0056] 도 7b는도 4에도시된크기비교기의다른일례를보여주는도면이고, 본발명의다른실시예에따라디지털도메인 (digital domain) 에적용되었다. 또한, 도 7b의크기비교기 (750) 는도 4에도시된크기비교기 (402) 로사용될수있다. 크기비교기 (750) 는앞서말한평균 LED 전류및 LED 밝기간의선형적인관계 (linear relation) 를가정한다. 그러나, 몇몇의단계에서는상기평균 LED 전류및 LED 밝기간의관계가선형적이아닐수있다. 크기비교기 (750) 는 LED 전류및 LED 밝기간의매핑들을저장하는룩업테이블 (look-up table, LUT)(756) 을이용하여, 상기평균 LED 전류및 LED 밝기간의가능한비-선형성을수용한다. 이에따라, 룩업테이블 (756) 에저장된매핑들은선형이거나혹은아니여도된다. 룩업테이블 (756) 은퍼런스전류 (CRred, CRgreen, 및 CRblue) 를수신하고, 크기비교기 (758) 에저장된매핑들을이용하여, 각각의 LED 스트링들 (110, 306 및 406) 을위한듀티싸이클 ((DCred*, DCgreen* 및 DCblue*) 을선택하여출력한다. 비교기 (758) 는연관된스위치 S2, S3, S4의듀티싸이클을나타내는증폭기 (Amp1, Amp3 및 Amp4) 의출력전압 (VC1, VC3 및 VC4) 를각각의입력신호들 (408, 410 및 412) 로서수신한다. 그리고, 비교기 (758) 는실제로가장크게원해진듀티싸이클 (the largest actual-to-desired duty cycle ratio) (Max (DC / DC*)) 을출력신호 (416) 으로서출력한다. 이는도 7A에도시된드라이버들 (702, 704 및 706) 및비교기 (714) 의결합과유사할수있다. 제2 피드백루프 (Loop 2) 의남은부분은 (i) 최대 DC/DC* 비가로컬포화를막기위하여, 몇몇의설계여백을가진개체 (unity)(1) 보다이하이고, (ii) 상기최대 DC/DC* 는개체보다훨씬아래이기때문에, LED 디밍비는최대화될수있다. [0057] [0058] 이상과같이본발명은비록한정된실시예와도면에의해설명되었으나, 본발명은상기의실시예에한정되는것은아니며, 본발명이속하는분야에서통상의지식을가진자라면이러한기재로부터다양한수정및변형이가능하다. 그러므로, 본발명의범위는설명된실시예에국한되어정해져서는아니되며, 후술하는특허청구범위뿐아니라이특허청구범위와균등한것들에의해정해져야한다

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