KR20030081516A - 소형 반도체 다이용 전자 발광 드라이버 - Google Patents

Abstract

EL 램프(56)용 드라이버는 AC 대각선 및 DC 대각선을 갖는 H-브리지(51, 52, 53, 54) 및 전압 부스트 회로를 포함한다. EL 램프는 AC 대각선에 걸쳐 연결된다. 전류 경로(41, 42)는 DC 대각선과 직렬 연결되어 EL 램프에 흐르는 전류를 제한한다. 전류 경로는 드라이버를 구현하는 반도체 디바이스 내부 또는 외부에 있다.

Description

소형 반도체 다이용 전자 발광 드라이버{EL DRIVER FOR SMALL SEMICONDUCTOR DIE}

EL 램프는 본래 둘 중 하나가 투명한 2개의 도전 전극 사이에 유전층을 갖고 있는 커패시터이다. 유전층은 인 분말을 포함할 수도 있고 유전층에 인접한 개별적인 인 분말 층이 있을 수도 있다. 인 분말은 강자계의 면전에서 전류를 거의 사용하지 않고 빛을 발산한다. EL 램프는 커패시터이기 때문에, 교류가 전극에 인가되어 인이 빛을 내게 해야 하거나, 커패시터가 인가 전압을 충전하고, EL 램프에 흐르는 전류를 끊어 램프가 빛 발생을 중단한다.

전원이 저전압 배터리인 휴대형 전자기기, 자동차용 디스플레이 및 그 밖의 어플리케이션에서, EL 램프에는 직류를 교류로 변환하는 드라이버에 의해 동력이 공급된다. EL 램프가 충분히 빛을 내기 위해서는, 약 100 볼트를 초과하는 피크 대 피크 전압이 필요하다. 실제 전압은 램프의 구조, 특히 인 분말 내의 자계 강도에 좌우된다.

종래 기술은 스위칭 트랜지스터와 직렬인 유도체를 갖고 있는 유도성 부스트회로를 포함하는 여러 종류의 드라이버를 개시하고 있다. 유도체에 흐르는 전류는 유도체 주변의 자계에 에너지를 저장시킨다. 전류가 갑자기 차단되면, 유도 자계가 상쇄되어 고전압 펄스를 발생시킨다. 유도체의 전압은 L ·di/dt에 비례한다. 따라서, 고전류에서의 저전압이 저전류에서의 고전압으로 변환된다. 램프의 전압은 부스트 회로로부터의 일련의 고주파, 고전압 펄스에 의해 급격히 상승한다.

부스트에 의해 발생한 직류는 EL 램프에 동력을 공급하기 위해 저주파(200-2000㎐) 교류로 변환되어야 한다. 램프에 교류를 발생시키는 식으로 유도체 또는 EL 램프를 전환하는 기술이 공지되어 있다.

부스트 인버터, 고전압 저장용 커패시터 및 저장 커패시터에 연결된 H-브리지 출력을 구비한 EL 램프용 드라이버를 제공하는 기술이 미국 특허 5,463,283(Sanderson)에 공지되어 있다. 이 특허에는 H-브리지의 높은 쪽에 정전류 소스를 사용하는 것도 개시되어 있다. 각 브리지의 각각의 절반에 하나의 정전류 소스가 사용된다.

방전 회로로서 직렬 접속된 저항 및 트랜지스터를 사용하는 기술이 미국 특허 5,982,105(Masters)에 공지되어 있다. EL 램프는 극성이 반전될 때 램프의 갑작스러운 방전으로 인해 음향 잡음을 생성할 수 있다고 알려져 있다. 갑작스러운 방전은 또한 램프의 수명을 단축시키는 전류 스파이크를 램프에 일으킨다. 또한 EL 램프의 방전 전류를 제어하여 램프에 의해 발생된 잡음을 최소화하는 기술이 예를 들어 미국 특허 5,789,870(Remson) 및 미국 특허 6,038,153(Andersson 등)에 공지되어 있다. 또한 램프를 충전하기 전에 EL 램프를 방전하는 기술이 Sanderson특허 및 미국 특허 6,087,863(Aflatouni)에 공지되어 있다.

통상 이용 가능한 드라이버는 최소 시간 주기 동안 램프를 방전시키는 한 쌍의 제어 전류 디바이스를 사용함으로써, EL 램프에 의해 발생된 잡음을 감소시킨다. EL 램프의 방전과 관련된 전력 스파이크는 방전 디바이스를 심하게 압박한다. 그 결과, 디바이스가 확고하게 제조되어, 예를 들어 SOP 패키지의 4분의 1 크기인 MSOP(Mini Small Outline Plastic) 패키지로서 알려진 많은 소형 패키지에 대해 드라이버가 너무 크게 구현되는 반도체 다이를 제조한다. MSOP 패키지는 크기가 3 밀리미터 ×5 밀리미터 정도이다.

개별적인 다이 상에 스위치 트랜지스터를 배치하여 다이 크기를 줄이는 기술이 예를 들어 미국 특허 5,780,975(Krafcik) 및 5,828,205(Byrne)에 공지되어 있다. Krafcik 특허에서는 부스트 회로의 스위칭 트랜지스터 중 하나가 드라이버의 나머지 부분을 결합한 다이와 분리되어 있는 것을 개시하고 있다. Byrne 특허에서는 레귤레이터의 패스 트랜지스터가 외부에 있는 것을 개시하고 있다.

따라서, 앞서 말한 것을 고려하여, EL 램프용 드라이버에서 온칩 방전 디바이스의 크기를 최소화하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 다른 목적은 매우 소형의 반도체 패키지에 고전력 EL 드라이버를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 MSOP 패키지에 EL 드라이버를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 방전 디바이스 중 하나를 제거함으로써 다이의 크기를 더 줄이는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 램프 전류용 외부 경로를 제공함으로써 드라이버를 구현하는 다이의 크기를 더 줄이는 것이다.

본 발명은 전자 발광(EL) 램프용 배터리 작동 파워 서플라이에 관한 것으로, 특히 비교적 소형의 다이에 구현될 수 있는 EL 드라이버 회로에 관한 것이다.

도 1은 부스트 회로 및 H-브리지 출력을 포함하는 공지된 인버터의 개략도이다.

도 2는 본래의 또는 기생 다이오드를 나타내도록 도 1을 다시 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 방전 회로의 개략도이다.

EL 램프용 드라이버가 AC 대각선 및 DC 대각선을 갖는 H-브리지 출력 및 전압 부스트 회로를 포함하는 본 발명으로 상술한 목적이 달성된다. EL 램프는 AC 대각선에 걸쳐 연결된다. 본 발명의 일 측면에 의하면, 전류 경로가 DC 대각선과 직렬로 연결되어 EL 램프에 흐르는 전류를 제한한다. 본 발명의 다른 측면에 의하면, 드라이버를 구현하는 반도체 디바이스 외부에 전류 경로가 있다.

도 1은 상기에 관계된 Sanderson 특허를 기초로 하는 개략도이다. 드라이버(10)는 유도성 부스트 및 H-브리지 출력을 포함한다. 유도성 부스트는 저전압 서플라이(+)와 접지 사이의 스위칭 트랜지스터(12)와 직렬인 유도체(11)를 포함한다. 입력(14) 상의 펄스는 트랜지스터(12)를 온/오프 전환시켜, 선택적인 저장 커패시터(16)에 다이오드에 의해 연결된 일련의 고전압 펄스를 발생시킨다. 커패시터(16)의 단자들은 고전압 레일(17) 및 공통 레일(18)을 형성한다. H-브리지 출력은 고전압 레일(17)과 공통 레일(18) 사이에 연결된 자기 효과 트랜지스터(FET)(21, 22, 23, 24)를 포함한다. H-브리지의 AC 대각선은 EL 램프(20)에 연결된다. 정전류 소스(26, 27)는 적당한 펄스원(도시 생략)에 의해 입력(29)에 대해 제어된다. 소스(26, 27)는 브리지 회로의 각 측에 흐르는 전류를 제한한다.

드라이버(10)를 구동하기 위한 제어 회로(도시 생략)는 FET(21, 24)을 동시에 온 하여 EL 램프(20)를 제1 극성으로 충전한다. FET(21, 24)이 오프되고 나서 FET(22, 23)이 온 되어 FET(23)을 통해 EL 램프(20)를 방전시킨 다음 램프를 반대 극성으로 충전한다. FET(22, 23)이 오프되고 FET(21, 24)이 온 되어, FET(24)을 통해 EL 램프(20)를 방전시킨 다음 램프를 제1 극성으로 충전하고 처리를 반복한다.

Sanderson 특허에서 특히 잘 개발되지 않은 몇 가지 난해한 점이 있다. 기술에 공지된 바와 같이, 바이폴라 트랜지스터 및 FET 트랜지스터는 근본적으로 다른 디바이스이다. 가장 명백한 차이점은 바이폴라 트랜지스터는 전류 구동되는 한편, FET은 전압 구동된다는 점이다. 또한 비교적 큰 전압에 의해 구동될 때 소스-드레인 전류는 소스-드레인 전압과 거의 관계없는데, 즉 FET은 정전류 소스가 된다는 것이 공지된 특징이다. 따라서, Sanderson 특허에 개시된 바와 같이, 소스(26, 27) 는 정전류 모드로 구동되는 n 채널 공핍 모드 MOSFET이다. 또한, 소스 및 드레인을 연결하는 기생 다이오드를 갖는 것도 FET의 특징이다. n 채널 디바이스에대해 소스는 다이오드의 애노드이다. p 채널 디바이스에 대해 소스는 다이오드의 캐소드이다. 따라서, 예를 들어 EL 램프(20)의 좌측이 양전기로 충전되면, 트랜지스터(23)가 온 될 때 램프는 트랜지스터(23) 및 트랜지스터(24)의 기생 다이오드를 통해 방전되어, 특징적인 지수 방전 곡선을 생성한다. Sanderson 특허는 충전 사이클간 부스트를 오프하는 효과를 갖는 제어형 부스트 회로를 개시하고 있다. 결국, 정전류 소스(26, 27)의 존재는 다른 방법에서 임의인 저장 커패시터(16)의 사용을 본래 필요로 한다.

도 2는 FET 및 기생 다이오드의 형태를 나타내도록 도 1을 다시 그린 도면이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예의 개략도이다. 이 실시예에서, H-브리지의 DC 대각선은 서플라이(43)와 공통 또는 접지 사이에 트랜지스터(41) 및 저항(42)과 직렬 연결된다. 따라서, 전류 경로 또한 충전 회로의 일부이다. 램프(56)는 스위치(51, 53)가 닫힐 때 제1 극성으로 충전된다. 제1 충전 주기 후 스위치(51, 53)가 열리고 스위치(54)가 닫혀 트랜지스터(41), 저항(42) 및 다이오드(58)를 통해 EL 램프(56)를 방전시킨다. 스위치(52, 54)가 닫히면 램프(56)는 반대 극성으로 충전된다. 제2 충전 주기 후 스위치(52, 54)가 열리고 스위치(53)가 닫혀 트랜지스터(41), 저항(42) 및 다이오드(59)를 통해 EL 램프(56)를 방전시킨다.

다이오드(58, 59)는 반대 극성이 되고 스위치(51, 52, 53, 54)를 포함하는 H-브리지의 AC 대각선에 걸쳐 직렬로 연결된다. 다이오드의 애노드는 서로 연결되어 접지에 접속된다. 트랜지스터(41)의 베이스는 기준 전압, 즉 비교적 일정한 전압에 연결된다. 따라서 트랜지스터(41)의 베이스-이미터 전압은 충방전 사이클에서 비교적 정전류가 흐르는 트랜지스터를 통하는 전류에 의해 변화한다.

트랜지스터(41)의 베이스는 원한다면 서플라이(43)에 연결됨으로써 핀 하나의 필요를 없앤다. 그렇지 않으면, 본 발명을 포함하지 않는 디바이스에 비해 2개의 추가 핀이 필요하다. 하나의 핀은 H-브리지의 DC 대각선의 일단이고, 다른 핀은 트랜지스터(41)의 베이스에 대한 제어 신호를 위한 것이다. 다이오드(58, 59)는 스위치(51, 52, 53, 54)와 같이 내부에 있다. 스위치는 바이폴라 트랜지스터, 전계 효과 트랜지스터, SCR 등의 실리콘 제어 스위치가 될 수 있다.

도 3에 도시한 전체 회로는 단일 집적회로 내에 구현될 수 있다. 그렇게 되면, 종래 기술에서와 같이 2개의 트랜지스터 대신에 하나의 트랜지스터가 사용된다는 사실로 인해 다이 면적이 절약된다. 트랜지스터 크기는 주로 피크 전력에 의해 결정되며, 이 피크 전력은 본 발명에 사용된 방전 디바이스에 대한 것과 종래 기술에 사용된 방전 디바이스에 대한 것이 동일하다. 트랜지스터(41)를 통하는 평균 전력은 종래 기술의 2배가 되지만(트랜지스터 1개만 있기 때문에) 이는 다이 크기에 거의 효과가 없다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 전류 경로는 드라이버의 나머지를 결합한 IC 외부에 있고, 이것에 의해 드라이버를 결합한 다이로부터 2개의 비교적 큰 트랜지스터를 제거한다. 다이는 종래 기술에서보다 훨씬 작을 수 있다. 내부든 외부든 전류 경로는 정전류를 제공, 즉 액티브 디바이스를 포함하는 것이 바람직하고액티브 디바이스만 포함할 수도 있다(직렬 저항은 없음).

이와 같이 본 발명은 EL 램프용 드라이버에서 온칩 방전 디바이스의 크기를 최소화하여 MSOP 패키지에 적합한 매우 소형의 다이에 고전압 EL 드라이버를 제공한다. 본 발명의 다른 특징에 의하면, 외부 경로가 램프 전류에 제공됨으로써, 드라이버를 구현하는 다이의 크기를 더 줄이고 드라이버에서의 전력 낭비를 줄인다.

이와 같이 본 발명을 설명하였고, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어 본 발명은 어떠한 종류의 반도체 스위치, 예를 들어 SCR, 바이폴라 트랜지스터 또는 FET을 이용하여 실시될 수 있다. FET이 사용되면, FET의 어떤 특징을 이용하여 회로를 간소화할 수 있다. 예를 들어 트랜지스터(41, 42)는 정전류 모드에서 구동되는 단일 FET으로 대체될 수 있다. 직렬 전류 경로는 H-브리지의 DC 대각선의 어느 한 단부에 연결될 수 있으며, 즉 직렬 전류 경로는 전류 소스 또는 전류 싱크가 될 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이, 전류 "경로"는 저항이 거의 0인 순수한 도전체가 아닌 전력 낭비 요소 또는 전력 낭비 요소 그룹을 말한다. 본 발명은 EL 램프용 드라이버의 H-브리지 부분에 관계가 있다. 이와 같이, 본 발명은 어떠한 "전단", 예를 들어 조정에 의한 또는 조정하지 않는 부스트 회로, 또는 AC 소스에 연결된 정류 브리지에 사용될 수 있다.

Claims (7)

1. AC 대각선 및 DC 대각선을 갖는 H-브리지 출력, 및 전압 부스트 회로를 포함하는 집적회로로서,

   상기 AC 대각선에 흐르는 전류를 제어하는 DC 대각선과 직렬 연결된 전류 경로를 구비하는 집적회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 경로는 상기 DC 대각선과 접지 사이에 연결되는 집적회로.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 경로는 직렬로 연결된 트랜지스터 및 저항을 포함하는 집적회로.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 저항은 상기 트랜지스터와 접지 사이에 연결되고 상기 트랜지스터는 정전류 싱크로서 작동하는 집적회로.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 AC 대각선에 걸쳐 직렬 연결된 한 쌍의 반대 극성의 다이오드를 더 포함하는 집적회로.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 경로는 상기 집적회로 외부에 있는 집적회로.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 AC 대각선에 연결된 전자 발광 램프를 더 포함하는 집적회로.