(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤモジュールと、 入力電源が印加され、前記ＬＥＤモジュールの一端と、一端が連結された出力キャパシタと、 前記ＬＥＤモジュールの他端と前記出力キャパシタの他端との間に連結され、ＭＯＳ電界効果トランジスタ（MOS field-effect transistor）を含み、前記ＬＥＤモジュールに流れる電流を制限する電流制限部と、 前記出力キャパシタの電圧を検出して、前記ＬＥＤモジュールのオープン状態を検出するＬＥＤ負荷オープン検出部と、  前記ＬＥＤ負荷オープン検出部の出力に応じてラッチ状態を維持し、前記ラッチ状態で前記ＭＯＳ電界効果トランジスタを開放させるラッチ回路と、 前記ＬＥＤモジュールの他端の電圧を検出して、前記ＬＥＤモジュールの連結状態を検出するＬＥＤ負荷連結感知部と、  前記ＬＥＤ負荷連結感知部の出力に応じた駆動信号を出力するトリガー（trigger）入力部と、 前記駆動信号に応じて矩形波を発生する単安定バイブレータと、を含むことを特徴とする、ＬＥＤ保護回路。
【請求項２】
前記電流制限部と前記ラッチ回路との間に形成され、前記ＭＯＳ電界効果トランジスタのゲート電圧を制御するゲートドライバをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ保護回路。
【請求項３】
前記電流制限部は、前記ＭＯＳ電界効果トランジスタと並列に連結された第１抵抗をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ保護回路。
【請求項４】
前記ゲートドライバは、第１ダイオードと並列連結された第１３抵抗と、前記第１３抵抗の一端と接地の間に連結された第５キャパシタを含み、 前記第１ダイオード及び第１３抵抗の一端は、前記ＭＯＳ電界効果トランジスタのゲートと連結されることを特徴とする、請求項２に記載のＬＥＤ保護回路。
【請求項５】
前記トリガー入力部は、第１トランジスタ、第３及び第４抵抗、第１キャパシタを含み、前記第１トランジスタのベース端は前記ＬＥＤ負荷連結感知部の出力端に連結され、エミッタ端は接地され、 前記第１トランジスタのコレクタ端には前記第３抵抗の一端が連結され、 前記第１キャパシタは、一端が前記第３抵抗の一端と連結され、他端が前記第４抵抗の一端と前記単安定バイブレータに連結され、 前記第４抵抗の他端は、前記第３抵抗の他端と連結されることを特徴とする、請求項３に記載のＬＥＤ保護回路。
【請求項６】
前記ラッチ回路は、 第３及び第４キャパシタ、第１１及び第１２抵抗、第３及び第４トランジスタを含み、 前記第３キャパシタと前記第１１抵抗は、相互並列連結され、一端は、前記第４トランジスタのベース端及び前記第３トランジスタのコレクタ端と連結され、他端は、前記ゲートドライバに連結され、 前記第４キャパシタと前記第１２抵抗は、相互並列連結され、一端は、前記第４トランジスタのコレクタ端、前記第３トランジスタのベース端及び前記ＬＥＤ負荷オープン検出部の出力端に連結されることを特徴とする、請求項２に記載のＬＥＤ保護回路。
【請求項７】
前記ゲートドライバは、前記第１３抵抗及び前記第５キャパシタによる時定数に応じて、前記ＭＯＳ電界効果トランジスタのゲート電圧を制御することを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ保護回路。
【請求項８】
前記ＬＥＤ負荷オープン検出部は、負極に定電圧が印加され、正極に前記出力キャパシタの電圧の抵抗分圧が印加される第１比較器を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ保護回路。
【請求項９】
前記ＬＥＤ負荷連結感知部は、 正極に前記ＬＥＤモジュールの他端の電圧が印加される第２比較器を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ保護回路。
【請求項１０】
前記ＬＥＤモジュールがオープンされるとき、前記ラッチ回路はラッチ状態を維持することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ保護回路。
【請求項１１】
前記ＬＥＤモジュールが連結されるとき、前記ＬＥＤモジュールから前記第１抵抗に流れる電流による前記第１抵抗両端の電位差によって、前記ＬＥＤ負荷連結感知部の出力はローからハイ信号に変わることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ保護回路。
【請求項１２】
前記トリガー入力部の出力信号は、前記ＬＥＤ負荷連結感知部がハイ信号を出力すると、ハイからロー信号に変わった後、前記第３及び第４抵抗と前記第１キャパシタによる時定数に応じて、ハイ信号に変わることを特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤ保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤ保護回路に関し、より詳しくは、単安定−バイブレータ（One shot vibrator）を用いたＬＥＤ保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を採用したＬＣＤバックライトにおいて、ＬＥＤを多数個直列連結して使用する場合、上記ＬＥＤに一定の定電流を提供できる駆動回路が必要であり、ユーザが輝度と色温度などを任意に調整したり、温度補償などのためにＬＥＤの輝度を調整するディミング回路が必要である。図１は従来のＬＥＤ駆動回路を図示する。
【０００３】
図１は、従来の昇圧式（boost type）直流−直流コンバータが採用されたＬＥＤ駆動回路の一例を示す回路図である。図１に示すように、従来の昇圧式直流−直流コンバータが採用されたＬＥＤ駆動回路は、直流電源（Ｖｉｎ）の（＋）端にインダクタＬとダイオードＤとが直列連結され、上記ダイオードと直流電源（Ｖｉｎ）の（−）端との間にキャパシタＣとＬＥＤアレイ１１とが互いに並列連結される。上記インダクタＬとダイオードＤとの接続ノードと直流電源（Ｖｉｎ）の（−）端との間にスイッチ１２と電圧検出抵抗Ｒｓが直列に連結される。上記電圧検出抵抗Ｒｓで検出される電圧値はＰＷＭ駆動部１３に入力され、上記ＰＷＭ駆動部１３は検出された電圧値によって上記スイッチ１２のオン−オフのデューティ比を調整する。上記スイッチ１２は図１に示すように、ＭＯＳＦＥＴが使われることができ、上記ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を調整してスイッチとして使用することができる。
【０００４】
上記スイッチ１２がオンの場合に、上記直流電源（Ｖｉｎ）で供給される電流はインダクタＬ及びスイッチＳを通じて流れるようになり、上記インダクタＬにはエネルギーが格納される。上記スイッチ１２がオフの場合に、上記直流電源（Ｖｉｎ）と上記インダクタＬに蓄積されたエネルギーとの和がダイオードＤを通過してＬＥＤアレイ１１に伝達される。この際、ＬＥＤアレイ１１に伝達される電圧は平滑キャパシターＣにより平滑されて伝達され、その値は入力電圧（Ｖｉｎ）より大きいか等しくなる。
【０００５】
このような従来の昇圧式直流−直流コンバータを採用したＬＥＤ駆動回路１０において、ＬＥＤアレイ１１の輝度調節は電圧検出抵抗Ｒｓの抵抗値を調整することによって、上記電圧検出抵抗Ｒｓから検出される電圧値を調整してなされた。このような従来の輝度調整は、電圧検出抵抗Ｒｓに可変抵抗を使用することによって可能であったが、高いＬＥＤ抵抗によって上記電圧検出抵抗Ｒｓはワッテージ（wattage）抵抗を使用しなければならないので、可変が容易でないという問題点がある。また、多様な色を発光する多数のＬＥＤを使用する場合、ＬＥＤの色相毎に互いに異なる駆動回路を使用するようになるが、駆動回路毎に上記電圧検出抵抗Ｒｓ値に偏差が発生するようになって、輝度の調整、色座標制御、及び均一度等に悪影響を及ぼす問題点がある。
【０００６】
また、昇圧式直流−直流コンバータを採用したＬＥＤ駆動回路１０では、ＬＥＤモジュール１１が開放（open）される場合、または負荷以上にＬＥＤモジュール１１に入力される電流が増加してモジュールが損傷されることがある。したがって、ＬＥＤ駆動回路では過電流保護回路が必須的に求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態に従うＬＥＤ保護回路は、ＬＥＤ照明パワードライバを具現するに当たって、高いＣＶ（Constant Voltage）電圧と低いＶｆ（Forward drop Voltage）を有するＬＥＤモジュールが連結されるホットワイヤリング（Hot wiring）状況で過電流が流れる現象からＬＥＤモジュールを保護するために、単安定−バイブレータ（One shot vibrator）が含まれた回路を用いてＬＥＤモジュールの許容電流以下でＬＥＤ照明が再起動できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】 本発明の実施例に係るＬＥＤ保護回路は、ＬＥＤモジュールと、前記ＬＥＤモジュール１１に連結された出力キャパシタCoの電圧を検出して、前記ＬＥＤモジュール１１のオープン状態を検出するＬＥＤ負荷オープン検出部５００と、前記ＬＥＤ負荷オープン検出部５００の出力に応じてラッチ状態を維持するラッチ回路６００と、前記ラッチ回路６００の出力信号を受信して前記ＬＥＤモジュール１１に流れる電流を制限する電流制限部と、前記ＬＥＤモジュール１１の連結状態を検出するＬＥＤ負荷連結感知部と、前記ＬＥＤ負荷連結感知部２００と連結され、前記ＬＥＤ負荷連結感知部２００の出力に応じた駆動信号を出力するトリガー入力部３００と、前記駆動信号の入力時、一定時間の間、矩形波を出力する単安定バイブレータ４００と、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態に従うＬＥＤ保護回路は、ＬＥＤ照明パワードライバを具現するに当たって、高いＣＶ（Constant Voltage）電圧と低いＶｆ（Forward drop Voltage）を有するＬＥＤモジュールが連結されるホットワイヤリング（Hot wiring）状況で過電流が流れる現象からＬＥＤモジュールを保護するために単安定−バイブレータ（One shot vibrator）が含まれた回路を用いてＬＥＤモジュールの許容電流以下でＬＥＤ照明が再起動できるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来のＬＥＤ保護回路を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に従うＬＥＤ保護回路を示す回路図である。
【図３】正常動作状態でＬＥＤ負荷がオープンされる時、時間の経過に従う各地点での電圧を示すグラフである。
【図４】ＬＥＤ負荷がオープンされた状態で連結される時、時間の経過に従う各地点での電圧を示すグラフである。
【図５】ＬＥＤ負荷がオープンされた状態で連結される時、時間の経過に従う各地点での電圧を示すグラフである。
【図６】従来の保護回路と本発明の実施形態に従う回路の電流値を示すグラフである。
【図７】従来の保護回路と本発明の実施形態に従う回路の電流値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施形態に対して添付図面を参照しつつ詳細に説明する。その他の実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれている。本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付する図面と共に詳細に後述している実施形態を参照すれば明確になる。明細書の全体に亘って同一参照符号は同一構成要素を指し示す。
【００１２】  本発明の実施形態に従うＬＥＤ保護回路は、ＬＥＤモジュール１１、前記ＬＥＤモジュール１１に連結された出力キャパシタCoの電圧を検出して、前記ＬＥＤモジュール１１のオープン状態を検出するＬＥＤ負荷オープン検出部５００（Open detection circuit）、前記ＬＥＤ負荷オープン検出部５００の出力によってラッチ状態を維持するラッチ回路６００、前記ラッチ回路６００の出力信号を受信して、前記ＬＥＤモジュール１１に流れる電流を制限する電流制限部１００（Current restrict circuit）、前記ＬＥＤモジュール１１の連結状態を検出するＬＥＤ負荷連結感知部２００（Conection detection circuit）、前記ＬＥＤ負荷連結感知部２００と連結され、前記ＬＥＤ負荷連結感知部２００の出力に応じた駆動信号を出力するトリガー（trigger）入力部３００、前記第３駆動信号の入力時、一定時間の間、矩形波を出力する単安定バイブレータ４００、前記電流制限部１００とラッチ回路６００との間に形成され、前記電流制限部１００に含まれるＭＯＳ電界効果トランジスタ（MOS field-effect transistor）のゲート電圧の変化を制御するためのゲートドライバ７００（Gate driver）から構成されている。
【００１３】
上記電流制限部１００は、第１抵抗Ｒ１及び第５トランジスタＱ５が並列に連結され、上記第１抵抗Ｒ１の一端は電圧検出抵抗Ｒｓｅｎと連結され、他端はＬＥＤモジュール１１と連結される。第５トランジスタＱ５のゲート端には上記ゲートドライバ７００の信号が入力される。上記ＬＥＤ負荷１１は複数の発光ダイオードが直列に連結され、上記電流制限部１００は上記ＬＥＤ負荷１１の最後のカソード端と連結される。
【００１４】 前記電流制限部１００及びＬＥＤモジュールの電圧は、前記連結感知部２００の第２比較器に入力される。前記電流制限部１００及びＬＥＤモジュールの電圧は、前記連結感知部２００に含まれる第２比較器の正極に入力され、負極にはしきい電圧（Ｖｔｈ）が入力される。
【００１５】
上記連結感知部２００の出力信号はトリガー入力部３００に入力される。上記トリガー入力部３００と連結感知部２００との間には第２抵抗Ｒ２が形成される。上記トリガー入力部３００は、第１トランジスタＱ１、第３及び第４抵抗Ｒ３、Ｒ４、第１キャパシタＣ１を含むことができ、上記第１トランジスタＱ１のベース端には第２抵抗Ｒ２が連結され、エミッタ端は接地と連結される。上記第１トランジスタＱ１のコレクタ端には第３抵抗Ｒ３の一端が連結され、第１キャパシタＣ１の一端が第３抵抗Ｒ３に連結され、他端が第４抵抗Ｒ４の一端に各々連結される。上記第４抵抗Ｒ４の他端は上記第３抵抗Ｒ３の他端と連結される。
【００１６】
上記第１キャパシタＣ１の他端は単安定バイブレータ４００のトリガー信号として入力される。上記単安定バイブレータ４００の出力は第５抵抗Ｒ５と一端が連結され、上記第５抵抗Ｒ５の他端は第２トランジスタＱ２のベース端と連結される。
【００１７】
上記第２トランジスタＱ２はｐｎｐ型に形成され、エミッタ端には１０ｖの電圧が入力される。上記第２トランジスタＱ２のコレクタ端には第７抵抗Ｒ７の一端が連結され、上記第７抵抗Ｒ７の他端はラッチ回路６００及びゲートドライバ７００と連結される。
【００１８】
上記ラッチ回路６００は第３キャパシタＣ３と第１１抵抗Ｒ１１とが並列に連結されており、第３キャパシタＣ３と第１１抵抗Ｒ１１の一端は上記第７抵抗Ｒ７の他端と連結され、同時に第４トランジスタＱ４のエミッタ端と連結される。第３キャパシタＣ３と第１１抵抗Ｒ１１の他端は上記第４トランジスタＱ４のベース端と連結され、同時に第３トランジスタＱ３のコレクタ端と連結される。第３トランジスタＱ３のエミッタ端は接地される。
【００１９】
上記第４トランジスタＱ４のコレクタ端は第１２抵抗Ｒ１２の一端と連結され、第１２抵抗Ｒ１２の他端は接地される。上記第１２抵抗Ｒ１２と第４キャパシタＣ４とは並列に連結され、上記第１２抵抗Ｒ１２と第４キャパシタＣ４の一端は上記第３トランジスタＱ３のベース端と連結され、上記第１２抵抗Ｒ１２と第４キャパシタＣ４の他端は接地される。
【００２０】  第１０抵抗Ｒ１０の一端は上記第３トランジスタＱ３のベース端と連結され、他端はＬＥＤ負荷１１のオープン検出部５００の出力部と連結される。上記ＬＥＤ負荷１１のオープン検出部５００は第１比較器を含み、上記第１比較器の負極には２．５Ｖの電圧が入力され、正極には電圧分配された出力電圧（Ｖｏ）の一部電圧が入力される。上記電圧分配と関連して、第８抵抗Ｒ８の一端がＶｏと連結され、他端は第９抵抗Ｒ９の一端と連結され、上記第９抵抗Ｒ９の他端は接地される。
【００２１】
図示したように、上記第７抵抗Ｒ７の他端はラッチ回路６００及びゲートドライバ７００と連結できるが、ゲートドライバ７００に含まれ、並列に連結される第１３抵抗Ｒ１３と第１ダイオードＤ１の一端が上記第７抵抗Ｒ７の他端と連結される。また、第１３抵抗Ｒ１３と第１ダイオードＤ１の他端が第５キャパシタＣ５の一端と連結され、第５キャパシタＣ５の他端は接地される。第５キャパシタＣ５の一端は上記電流制限部１００に含まれる第５トランジスタＱ５のゲート端と連結される。
【００２２】
図３は、正常動作状態でＬＥＤ負荷１１がオープンされる時、時間の経過に従う各地点での電圧を示すグラフである。
【００２３】
ｔ１以前の時点までは回路が定常状態で動作する。これによって、ＬＥＤ負荷１１は連結されており、出力キャパシタＣｏは一定の電圧に維持されて、これによってＶｏは一定の電圧に維持される。
【００２４】  図３の最初の波形で０はＬＥＤ負荷１１がオープン（Open）された状態、１は連結された状態を表す。定常状態でＬＥＤ負荷１１がオープンされればＣＶ（Constant Voltage）制御に転換されるまで出力キャパシタＣｏにトランスフォーマー（Transformer）からエネルギーが伝達され、ＬＥＤ負荷１１がオープンされて出力電流は０であるので、上記出力キャパシタＣｏ両端の出力電圧（Ｖｏ：Output voltage）は上昇する。ｔ２の時点で出力電圧がＣＶ制御電圧近くに上昇した時、ＬＥＤ負荷１１のオープン検出部５００の第１比較器出力がハイ（High）となり、上記ラッチ回路６００が動作される。
【００２５】  上記ラッチ回路６００が動作すれば、第３トランジスタＱ３のＶｂｅが上昇して第３トランジスタＱ３が導通され、第３キャパシタＣ３が充電されながら第４トランジスタＱ４も導通されて、第４トランジスタＱ４のエミッタ端の電圧が約０．７Ｖ乃至０．８Ｖに維持される。これは、第５トランジスタＱ５のゲート電圧を低める役割をして第５トランジスタＱ５をオフ（OFF）させるようになる。このようにＬＥＤ負荷１１のオープン時、ラッチ状態を維持して出力電圧（Ｖｏ）により第１比較器の出力が変わっても第４トランジスタＱ４のエミッタ端の電圧が約０．７〜０．８Ｖに維持して誤動作を防止させる。ラッチ回路６００に供給される電源が途絶えればリセットされる。
【００２６】
グラフに示すように、ｔ３の時点でＬＥＤ負荷１１が連結されれば、上記出力キャパシタＣｏの電圧は時間が経過するにつれて減少する。上記ゲートドライブ７００は高電圧印加時、ＲＣフィルタＲ１３、Ｃ５により第５トランジスタＱ５のゲート電圧を徐々に増加させて第５トランジスタＱ５の導通抵抗が徐々に小さくなるようにし、低電圧印加時、第１ダイオードＤ１を通じて第５トランジスタＱ５のゲート電圧を速く低める役割をする。
【００２７】
図示したように、このような動作を通じてｔ３の時点でＬＥＤ負荷１１が連結されても、第４トランジスタＱ４のエミッタ端の電圧が０．７Ｖ乃至０．８Ｖで急激に増加せず、ｔ４の時点で第５トランジスタＱ５のゲート電圧も緩やかに増加して過電流の発生を抑制することができる。
【００２８】
図４及び図５は、ＬＥＤ負荷１１がオープンされた状態で連結される時、時間の経過に従う各地点での電圧を示すグラフである。
【００２９】  ｔ５の時点でＬＥＤ負荷１１が連結される時、第５トランジスタＱ５がオフされた状態であるので、ＬＥＤ負荷１１から出る電流が第１抵抗Ｒ１を通じて流れるようになってピーク（Peak）電流は（Ｖｏ−Ｖｆ）／Ｒ１に制限される。第１抵抗Ｒ１に流れる電流により第１抵抗Ｒ１の両端に（Ｖｏ−Ｖｆ）の電位差が発生して上記連結感知部２００に含まれる第２比較器の出力がローからハイに変わる。
【００３０】  上記第２比較器の出力がローからハイに変われば、トリガー入力部３００のトリガー入力電圧がハイ状態から直ちにロー状態になってからＲＣ回路の時定数によってハイ状態に上昇する動作を行う。第５トランジスタＱ５が完全に導通された後にはＶＬＥＤ−がＶｔｈより低い電圧となって、第１トランジスタＱ１はまたオフされ、第１キャパシタＣ１が放電される。これによって、トリガー電圧はハイを維持するようになる。
【００３１】
上記単安定バイブレータ４００は、上記トリガー端子にパルス（Pulse）形態の低電圧（low voltage）が入力されれば、第２キャパシタＣ２の電圧が２／３Ｖｃｃまで上昇し、２／３Ｖｃｃに到達した時に放電されて、また０Ｖとなる。出力（Output）端子は、第２キャパシタＣ２が充電される時間の間ハイを矩形波形態に出力する。第２キャパシタＣ２を充電する時間は、第２キャパシタＣ２の容量値と第６抵抗Ｒ６値によって調整することができる。
【００３２】
上記単安定バイブレータ４００出力端子の電圧がハイになれば、第２トランジスタＱ２がオフされてラッチ回路に供給していた電源が切れるようになる。これによって、ラッチ回路６００がリセットされ、第５トランジスタＱ５がまたオンされるようにして正常のＣＣ（Constant Current）制御を可能にする。
【００３３】
図６及び図７は、従来の保護回路と本発明の実施形態に従う回路の電流値を示すグラフである。シミュレーション条件で、電圧検出抵抗（Ｒｓｅｎ）は０．４７Ω、Ｖｆは３０Ｖ、ＣＶ制御電圧は５３Ｖ、ＬＥＤ負荷１１が連結された時の等価抵抗（Ｒｏｎ＿ｅｑ）は１Ωに設定した。図６は保護回路適用前であり、図７は本発明の実施形態に従う保護回路を適用したことを表す。
【００３４】
各々上から最初の波形で０はＬＥＤ負荷がオープンされた状態、１は連結された状態を表す。２番目の波形は出力電圧を表す。３番目の波形はＬＥＤ負荷１１に流れる電流を表す。
【００３５】
図６で、保護回路無しでＬＥＤ負荷１１を連結した時、出力電流が最大１５Ａ流れたことを確認することができる。しかしながら、図７で保護回路を用いてＬＥＤ負荷１１を連結した時、出力電流が最大２Ａ流れるようになって、ホットワイヤリング（Hot wiring）状況でも電流が制限されることを確認することができる。
【００３６】
以上、実施形態に説明された特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ず１つの実施形態のみに限定されるものではない。延いては、各実施形態で例示された特徴、構造、効果などは、実施形態が属する分野の通常の知識を有する者により他の実施形態に対しても組合または変形されて実施可能である。したがって、このような組合と変形に関連した内容は本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきである。
【００３７】
以上、本発明を好ましい実施形態をもとに説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するのでない。本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、多様な変形及び応用が可能であることが同業者にとって明らかである。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができ、このような変形及び応用にかかわる差異点も、特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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