KR100902470B1 - 혼합 모드 직류/교류 변환기를 구비히는 장치 - Google Patents

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Abstract

직류/교류 변환기를 구비하는 장치에 관해 기재한다. 부하를 구동하는 직류/교류 변환기는 직류 입력 전압을 제공하는 직류 전원, 상기 직류 전원에 연결되어 상기 직류 입력 전압을 상기 부하를 구동하는데 사용되는 교류 신호로 변환하는 변환 회로, 및 상기 변환 회로에 연결되어 상기 교류 신호의 주파수를 설정하는 제어 회로를 포함한다. 또한, 상기 제어 회로는 상기 직류 입력 전압 및 상기 부하 조건에 따라서 상기 직류/교류 변환기를 고정 주파수 모드 및 가변 주파수 모드로 동작시킬 수 있다.
DC/AC 변환기, 고정 주파수 모드, 가변 주파수 모드, 부하

Description

혼합 모드 직류/교류 변환기를 구비히는 장치{DEVICE EMPLOYING A MIXED-MODE DC/AC INVERTER}
본 발명은 직류(DC)/교류(AC) 변환 회로를 포함하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD) 백라이트용 DC/AC 변환기를 포함하는 장치에 관한 것이다.
LCD 패널은 휴대용 전자장치로부터, 비디오 카메라, 차량용 네비게이션 시스템, 노트북 컴퓨터 및 산업용 기계와 같은 고정된 위치에서 사용되는 장치에 이르기까지 다양한 응용에서 사용되고 있다. LCD 패널은 스스로 빛을 방출하지 못하므로 광원에서 방출되는 백라이트를 이용해야 한다. 일반적으로 가장 많이 사용되는 백라이트용 광원으로는 냉음극 형광 램프(Cold-Cathode Fluorescent Lamp, CCFL)가 있다. 냉음극 형광 램프를 점등하여 동작시키려면 높은 교류 신호가 필요하다. 통상적으로, 점등 전압은 약 1,000V, 동작 전압은 약 500V이다. 2차전지(Rechargeable Battery)와 같은 직류 전원을 이용하여 이와 같이 높은 교류 신호를 발생시키기 위해 직류/교류 변환기가 설계된다.
높은 교류 신호 외에도, 효율성, 신뢰성, 소형화 및 가격 면에서 직류/교류 변환기에 대한 끊임없는 개선이 요구되고 있다. 추가로, RF 방출을 최소화하기 위 하여 직류/교류 변환기는 완전한 사인 파형 (Pure Sinusoidal Waveform)을 갖는 직류 신호를 전달하는 것뿐만 아니라, 냉음극 형광 램프에서 최적의 전류-광 변환(Current-to-Light Conversion)을 제공하는 것이 요구된다. 반면, 높은 파고율(Crest Factor)을 갖는 왜곡된 사인 파형은 냉음극 형광 램프의 수명을 단축시킬 것이다. 여기서 파고율이란 최대(peak) 램프 전류에 대한 평균 램프 전류의 비를 뜻한다.
동작 주파수 측면에서 보면, 직류/교류 변환기는 고정 동작 주파수와 가변 동작 주파수라는 두 개의 카테고리로 분류할 수 있다. 고정 동작 주파수를 갖는 직류/교류 변환기의 예는 참조 문헌으로 사용된 미국 특허 제5,619,402호에 기술되어 있다. 이러한 종류의 직류/교류 변환기는 직류 입력 신호의 레벨과 부하 조건에 상관없이 일정한 동작 주파수를 갖는다. 결론적으로, 직류 입력 신호가 비교적 낮거나 부하가 비교적 큰 경우에 높은 효율, 신뢰성 및 낮은 전자기 간섭을 얻을 수 있는 장점이 있지만, 직류 입력 전류가 비교적 크거나 부하가 비교적 낮은 경우에는 램프 전류의 더 높은 파고율이 나타날 것이다. 따라서, 더 높은 파고율은 백라이트 램프의 수명을 단축시킬 수 있다.
가변 동작 주파수를 갖는 직류/교류 변환기의 전형적인 예로써 도 1에 도시한 벅(Buck)/로이어(Royer) 회로(100)를 들 수 있다. 이 회로(100)는 필수적으로 감압(step-down) 벅 정류기(110)와 자기공진 로이어 발진기(120)를 조합한 것이다. 자기공진 로이어 발진기(120)는 내장형 승압 변압기(121)를 포함한다. 점감 벅 정류기(110)는 자기공진 로이어 발진기(120)의 정격 입력 범위 내에서 전지 또는 전위 라인으로부터의 비정류 직류 입력 신호(Vdc)를 안정 전압으로 변환한다. 자기공진 로이어 발진기(120)는 승압 변압기(step-up transformer)(121), 두 개의 전원 스위치(123, 125), 공진 커패시터(127), 기본 권선(129), 밸러스트 (Ballast) 커패시터(131) 및 PWM 제어기(130)로 구성된다. 회로(100)의 동작 주파수는 공진 주파수에 해당하도록 설정된다. 공진 주파수는 승압 변압기(121), 공진 커패시터(127), 기본 권선(129), 밸러스트 커패시터(131), CCFL부하(140)로 구성된 공진 회로에 의해 결정된다. 그러므로 동작 주파수는 CCFL 부하 조건에 따라서 동적으로 변하며 이러한 동작 메카니즘을 가변 동작 모드라고 부른다.
가변 동작 주파수를 갖는 직류/교류 변환기에서 파생된 일부 토폴로지가 미국 특허 제5,430,641호, 제5,619,402호, 제5,615,093호 및 제5,818,127호에 기재되어 있다. 이러한 참조자료에 소개된 직류/교류 변환기에서 제공되는 교류 신호는 양호한 파고율을 가질 수 있지만, 낮은 변환 효율, 두-단계 전력 변환 및 전자기 간섭에 대한 문제점이 있다. 또한, 부하가 크거나 단락 상태에 있는 경우, 직류/교류 변환기의 변압기에 높은 자속 밀도가 나타날 것이다. 높은 자속 밀로도 인해, 변압기가 포화될 수 있고, 직류/교류 변환기의 부품들이 손상될 수 있다.
따라서, 종래의 고정 및 가변 주파수 변환기와 관련된 문제점들이 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 고정 동작 주파수를 갖는 직류/교류 변환기는 직류 입력 신호가 비교적 낮거나 부하가 비교적 큰 경우에 높은 효율, 신뢰성 및 낮은 전자기 간섭을 얻을 수 있는 장점이 있지만, 직류 입력 전류가 비교적 크거나 부하가 비교적 낮은 경우에는 램프 전류의 더 높은 파고율이 나타나고, 이로 인해 백라이트 램프의 수명을 단축시킬 수 있다.
또한, 가변 동작 주파수를 갖는 직류/교류 변환기에서 제공하는 교류 신호는 양호한 파고율을 가질 수 있지만, 낮은 변환 효율, 두-단계 전력 변환 및 전자기 간섭에 대한 문제점이 있고, 또한, 부하가 크거나 단락 상태에 있는 경우, 직류/교류 변환기의 변압기에 높은 자속 밀도가 나타나며, 이로 인해 변압기가 포화될 수 있고, 직류/교류 변환기의 부품들이 손상될 수 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 극복할 수 있는 직류/교류 변환기를 포함하는 장치의 제공이 요구된다.
본 발명의 한 실시 예에 따른, 부하를 구동하는 직류/교류 변환기가 제공된다. 직류/교류 변환기는 직류 입력 전압을 공급하는 직류 전원, 상기 직류 전원에 연결되어 직류 입력 전압을 부하를 구동하는데 사용되는 교류 신호로 변환하는 변환 회로, 및 변환 회로에 연결되어 교류 신호의 주파수를 설정하는 제어 회로를 포 함한다. 추가로, 제어 회로는 직류/교류 변환기를 고정 주파수 모드 및 가변 주파수 모드로 작동할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른, 부하를 구동하기 위하여 직류 신호를 교류 신호로 변환하는 방법은, 미리 결정된 임계 조건을 설정하는 단계, 교류 신호에 해당하는 주파수가 비교적 일정하게 유지되는 고정 주파수 모드로 동작하는 단계, 교류 신호에 해당하는 주파수가 공진 회로의 공진 주파수에 따라서 변하는 가변 주파수 모드로 동작하는 단계, 및 미리 결정된 임계 조건에 따라 고정 주파수 모드와 가변 주파수 모드 간의 동작 모드를 스위칭하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 장치는, 디스플레이, 디스플레이에 연결되어 상기 디스플레이로부터 빛을 공급하는 광원, 디스플레이에 연결되어 디스플레이에 디스플레이되는 데이터를 생성하는 처리기, 및 광원에 연결되어 고정 주파수 모드와 공진 모드 사이에서 최적 동작 주파수를 자동으로 선택할 수 있는 제어기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 장치는, 디스플레이, 디스플레이에 연결되어 상기 디스플레이로부터 빛을 공급하는 광원, 디스플레이에 연결되어 디스플레이에 디스플레이되는 데이터를 생성하는 처리기, 및 광원에 연결되어 고정 주파수 모드와 공진 모드 사이에서 최적 동작 주파수를 자동으로 선택할 수 있는 제어기를 포함한다.
직류 입력 신호 및 광원에 따라 직류/교류 변환기는 고정 주파수 모드 또는 가변 주파수 모드로 동작하여 교류 출력 신호의 높은 효율과 양호한 파고율을 얻을 수 있다. 또한, 이러한 직류/교류 변환기를 구비하는 시스템은 효율적이다.
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하도록 한다. 그러나 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이하에서는 본 발명의 디스플레이 시스템에 사용되는 직류/교류 변환기를 중심으로 기술하고자 한다.
도 2는 예시적인 직류/교류 변환기(200)를 보여주는 블록도이다. 직류/교류 변환기(200)는 직류 입력 신호(VIN)를 직류 전원(210)으로부터 입력받아 높은 교류 출력 신호(VOUT)를 부하(230)로 출력한다. 직류 전원(210)으로는 전지 또는 어댑터 등을 이용할 수 있다. 일반적으로, CCFL과 같이 LCD 패널에 백라이트를 제공하는 하나 이상의 방전 램프가 부하(230)로 사용된다. 직류/교류 변환기(200)는 주로 변환 회로(220) 및 제어 회로(250)로 구성된다. 변환 회로(220)는 다수의 스위치 및 직류-교류 신호 변환을 수행하는 변압기를 포함한다. 제어 회로(250)는 디밍(Dimming) 제어 신호를 제공하는 변환 회로(220)에 연결된다. 변환 회로(220)의 다수의 스위치의 전도 상태를 제어함으로써, 디밍 제어 신호는 교류 출력 신 호(VOUT)의 크기 또는 주파수를 조절하여 부하(230)의 밝기를 조절할 수 있다.
최적의 크기 및 주파수를 갖는 교류 출력 신호를 얻기 위해, 제어 회로(250)는 고정 주파수 모드 또는 가변 주파수 모드로 동작할 수 있다. 이러한 모드는 직류 입력 신호(VIN)의 레벨 및 부하 조건에 따라 자동으로 결정된다. 직류 입력 신호가 비교적 낮거나 부하가 비교적 클 경우, 고정 주파수를 갖는 램프 신호가 제어 회로(250)로 제공될 수 있어서 제어 회로(250)는 고정 주파수 모드로 동작할 것이다. 직류 입력 신호가 비교적 높거나 부하가 비교적 작은 경우, 가변 주파수를 갖는 램프 신호가 제어 회로(250)로 제공될 수 있어서 제어 회로(250)는 가변 주파수 모드로 동작할 것이다. 다시 말하면, 직류 입력 전압 및 부하 조건에 따라서 임계 조건이 미리 정해질 수 있고, 임계 조건을 만족할 경우 고정 주파수 모드 및 가변 주파수 모드 간의 전환이 이루어질 수 있다.
램프 신호는 제어 회로(250)와 연결된 발진기(260)에 의해 제공될 수 있다. 발진기(260)는 가변 주파수 및 고정 주파수를 각각 결정하는 검출기(270) 및 RC 네트워크(280)와 추가로 연결된다. 검출기(270)는 파워 트레인(Power Train) 및 부하(230)로 구성된 공진 회로(290)의 공진 주파수를 검출한다. 여기서, 파워 트레인은 변환 회로(220)의 공진 구성요소들로 이루어진다. 직류 입력 신호(VIN)가 비교적 높거나 부하가 비교적 작은 경우, 검출기(270)는 공진 주파수를 갖는 신호(SYNC)를 발생하고 발생된 신호 (SYNC)를 발진기(260)로 전송한다. 이로 인해, 공진 주파수를 갖는 램프 신호가 발생한다. 이 상태에서, 램프 신호의 주파수가 변하기 때문에 제어 회로(250)는 가변 주파수 모드로 동작한다. 그 결과, 교류 출력 신호의 주파수는 공진 주파수에 따라 변한다. 직류 입력 신호가 비교적 낮거나 부하가 비교적 큰 경우, 검출기(270)에서 발생 된 신호(SYNC)는 일정한 레벨을 유지하고, 따라서 제어 회로(250)는 고정 주파수 모드로 동작한다. 이 상태에서, 램프 신호의 주파수는 일정하며 RC 네트워크(280)에 의해 결정된다. 따라서 제어 회로(250)는 고정 주파수 모드로 동작한다. 그 결과, 교류 출력 회로의 주파수는 RC 네트워크(280)에서 결정된 고정 주파수로 설정된다.
또한, 부하(230)의 밝기를 정밀하게 조절하기 위해 직류/교류 변환기(200)는 폐쇄 루프 방식을 이용한다. 폐쇄 루프 방식을 구현하기 위해, 피드백 회로(240)는 제어 회로(250)와 부하(230) 사이에 연결되어 부하(230)를 통해 흐르는 전류를 검출한다. 회로 보호를 위해 피드백 회로(240)는 전압 피드백 기능을 포함할 수 있다.
도 3은 직류/교류 변환기(300)를 도시한 예시적인 개략도이다. 도 3을 참조하면, 직류/교류 변환기(300)는 직류 전원(310), 변환 회로(320), 부하(330), 피드백 회로(340), 제어 회로(350), 발진기(360), 검출기 (370), RC 네트워크(380)로 구성된다. 직류 입력 신호(VIN)를 제공하는 직류 전원(310)은 전지(301)로 구성된다. 변환 회로(320)는 다수의 스위치(321, 323, 325, 327), 변압기(329), 커패시터(331, 333)로 구성된다. 다수의 스위치는 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터들(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors, MOSFETs)로 구성될 수 있으며 대각선 방향으로 쌍을 이루어 배치될 수 있다. 도 3에서, 스위치(321, 323)는 직류 입력 신호(VIN)와 접지 사이에 직렬로 연결되고, 두 스위치의 접합 노 드(Junction Node)는 변압기(329)의 한쪽 단에 연결된다. 스위치(325, 327)는 직류 입력 신호(VIN)와 접지 사이에 직렬로 연결되고, 두 스위치의 접합 노드는 변압기(329)의 다른 쪽 단에 연결된다. 대각선으로 쌍으로 배치된 스위치들은 직류 입력 신호(VIN)와 변압기(329) 사이의 교번 전도 통로(Alternating Conduction Paths)를 결정한다. 교번 전도 통로를 통과하면 직류 입력 신호(VIN)는 중간 교류 신호로 변환된다. 변압기(329)는 중간 레벨의 교류 신호를 증가시켜 높은 교류 출력 신호(VOUT)를 출력한다.
전술하였듯이, 다수의 스위치의 전도 상태를 제어함으로써, 제어 회로(350)는 교류 출력 신호(VOUT)의 크기 및 주파수를 조절할 수 있다. 여기서 다수의 스위치의 전도 상태는 제어 회로(350)로부터의 드라이브 신호(DRV1 내지 DRV4)에 의해 제어된다. 제어 회로(350)는 램프 신호를 수신하기 위해 발진기(360)에, 그리고 피드백 신호(FB)를 수신하기 위해 피드백 회로(340)에 연결된다. 램프 신호 및 피드백 신호에 따라, 제어 회로(350)는 드라이브 신호들을 발생시킨다.
도 3을 참조하면, 제어 회로(350)는 비교기(351), 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulated, PWM) 선택기(353), BBM(Break Before Make) 회로(355, 357), 드라이브 회로(359, 361, 363, 365)로 구성될 수 있다. 비교기(351)는 램프 신호와 피드백 신호를 비교하여 PWM 신호를 생성한다. 서로 다른 동작 에지, 예를 들어, 하강 에지(Falling Edge)와 상승 에지(Rising Edge)를 결정함으로써, PWM 선택기(353)는 PWM 신호로부터 두 개의 PWM 신호(PWM1, PWM2)를 얻는다. PWM 신호(PWM1, PWM2)는 각각 BBM 회로(355, 357)로 전송된다. 각각의 BBM회로에서, 입력된 PWM 신호는 두 개의 보상(Complementary) 신호로 변환된다. 각각의 보상 신호는 드라이브 회로(359, 361, 363, 365) 중 어느 하나의 회로에 의해 드라이브 신호로 변환된다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 드라이브 회로(359)는 드라이브 신호(DRV1)를 생성하여 스위치(321)로 전송하고, 드라이브 회로(361)는 드라이브 신호(DRV2)를 생성하여 스위치(323)로 전송하고, 드라이브 회로(363)는 드라이브 신호(DRV3)를 생성하여 스위치(325)로 전송하고, 드라이브 회로(367)는 드라이브 신호(DRV4)를 생성하여 스위치(327)로 전송한다. BBM 회로(355)는 스위치(321, 323)를 동시에 켜지지 않게 한다. 마찬가지로, BBM 회로(357)는 스위치(325, 327)를 동시에 켜지지 않게 한다. 또한, 제어 회로(350)에 제공된 램프 신호를 제어함으로써 제어 회로(350)는 고정 주파수 모드 또는 가변 주파수 모드로 동작할 수 있다. 그 결과, 직류/교류 변환기는 최적의 크기 및 주파수를 가진 사인 파형을 부하(330)로 전달할 수 있다.
램프 신호는 발진기(360), RC 네트워크(380), 검출기(370)의 조합에 의해 제어된다. RC 네트워크(380)는 저항(381) 및 커패시터(383)로 구성되며, 저항(381) 및 커패시터(393)는 직류 입력 신호(VIN)와 접지 사이에 직렬로 연결된다.
검출기(370)는 AND 게이트(391), 비교기(393), 제1 에지-트리거드(edge-triggered) 플립-플롭(395), 제2 에지-트리거드 플립-플롭(397), OR 게이트(399)로 구성된다. 비교기(393)의 비반전단(non-inverting terminal)은 라인(LX1)을 통해 스위치(321, 323)의 접합 노드에 연결된다. 비교기(393)의 반전단(inverting terminal)은 라인(LX2)을 통해 스위치(325, 327)의 접합 노드에 연결된다. 비교기(393)의 출력단은 에지-트리거드 플립-플롭(395, 397)에 모두 연결된다. 에지-트 리거드 플립-플롭(395, 397)의 출력은 OR 게이트(399)의 입력으로 제공된다. 마지막으로, OR 게이트(399)는 신호(SYNC)를 출력한다. 동작시, 대각선으로 쌍으로 배치된 스위치의 제로 교차(Zero Crossing) 전류를 검출함으로써, 검출기(370)는 변환 회로(320)의 공진 구성 요소들 및 부하(330)에 의해 결정된 공진 주파수를 추적한다. 대각선으로 쌍으로 배치된 스위치의 전류는 라인(LX1, LX2)에 걸리는 전압에 따라 파악할 수 있다. 제로 교차 전류가 검출되는 경우 공진 주파수가 추적되고, 따라서 신호(SYNC)는 공진 주파수에서 구형파형(Square Waveform)을 나타내며, 이는 가변 주파수 모드가 선택되었음을 뜻한다. 제로 교차 전류가 검출되지 않았다면, 공진 주파수는 추적되지 않고, 따라서 신호(SYNC)는 일정한 레벨을 유지하며, 이는 고정 주파수 모드가 선택되었음을 뜻한다. 즉, 검출기(370)는 제로 교차(Zero Crossing) 전류를 모니터링함으로써 직류 입력 전압(DC input voltage)과 부하 조건(상태)(load condition)을 검출할 수 있으며, 싱크(SYNC) 신호를 발생하여 가변 주파수 모드 또는 고정 주파수 모드를 선택하게 한다.
또한, 비교기(393)는 스위치(323, 327)가 모두 켜졌을 때에만 제로 교차 전류를 검출하며, AND 게이트(391)를 통하여 드라이브 신호(DRV2, DRV4)의 AND 연산을 실행하고 비교기(393)를 사용하기 위한 인에이블 신호를 생성한다. 생성된 인에이블 신호에 따라, 제로 교차 전류는 스위치(323, 327)가 모두 켜졌을 때만 검출된다. 또한, 에지-트리거드 플립-플롭(395, 397)은 PWM 선택기(353)에 연결되어 전술한 바와 같이 동작 에지를 결정한다.
발진기(360)는 램프 신호가 생성되는 접합 노드(385)에서 RC 네트워크(380) 의 저항(381) 및 커패시터(383)에 연결된다. 발진기(360)는 신호(SYNC)를 수신하는 검출기(370)의 OR 게이트(399)의 출력단과 연결된다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 발진기(360)는 제1 비교기(367), 제2 비교기(369), 플립-플롭(371), OR 게이트(373), 방전 스위치(375)로 구성될 수 있다. 제1 비교기(367)와 제2 비교기(369)는 전압 비교기를 형성한다. 제1 비교기(367)의 비반전단에는 낮은 임계 전압(예를 들면, 50mV)이 입력된다. 제2 비교기(369)의 반전단에는 높은 임계 전압(VIN/N)이 입력된다. 이때, N은 정수임이 바람직하다. 제1 비교기(367)의 반전단과 제2 비교기(369)의 비반전단은 램프 신호가 입력되는 접합 노드(385)에 연결된다. 램프 신호와 높은 임계 전압 및 낮은 임계 전압을 비교한 결과에 따라서, 세트 신호(Set Signal, ST)가 제1 비교기(367)의 출력단으로부터 플립-플롭(371)의 세트단(S)으로 전달된다. 리셋 신호(RST)는 제2 비교기(369)의 출력단으로부터 OR 게이트(373)로 전달된다. 한편, OR 게이트(373)에는 검출기(370)로부터 신호(SYNC)가 입력된다. OR 게이트(373)의 출력단은 플립-플롭(371)의 리셋단(R)에 연결된다. 플립-플롭(371)의 출력은 스위치(375)의 전도 상태를 제어하는데 이용된다. 스위치(375)는 접합 노드(385)와 접지 사이에 연결된다.
직류 입력 전압(VIN) 및 부하 조건에 따라서, 접합 노드(385)에서 생성된 램프 신호는 고정 주파수 또는 가변 주파수를 갖는다. 고정 주파수는 RC 네트워크(380)의 저항(381)의 저항값 및 커패시터(383)의 커패시턴스에 의해 결정된다. 가변 주파수는 검출기(370)에 의해 추적된 공진 주파수와 동일하다. 램프 신호에 따라서 제어 회로(350)는 고정 주파수 모드 또는 가변 주파수 모드로 동작하게 된 다.
추가로, 피드백 회로(340)는 부하(330)를 통해 흐르는 전류를 감지하는 일반적인 회로라면 어느 것이나 가능하고, 이는 당업자에게는 자명한 사실이다. 피드백 기능은 본 발명과는 크게 관련되지 않으므로, 피드백 회로(340)에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다. 당업자라면 도면에서 도시된 토폴로지 이외에, 변환 회로(320)는 주지된 다른 토폴로지(예를 들면, 하프-브리지 토폴로지 및 푸쉬-풀 토폴로지)로 구성될 수 있고, 제어 회로(350)는 변환 회로(320)의 스위치들을 구동하기 위한 해당 구성들을 채택할 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따르면, 제어 회로(350)는 자동적으로 고정 주파수 모드 또는 가변 주파수 모드로 동작할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 도 3에서 도시한 직류/교류 변환기의 동작을 상세하게 설명한다. 직류 입력 신호(VIN)를 고려하여 결정된 임계 조건 및 부하 조건은 미리 결정되어 있는 것으로 간주한다. 또한, 임계 조건은 충족되지 않았으며, 제어 회로(350)가 고정 주파수 모드로 동작하게 되는 경우는 직류 입력 신호(VIN)가 미리 결정된 전압 레벨 이하이거나 부하가 미리 결정된 크기보다 큰 경우로 가정한다. 도 4에서는 고정 주파수 모드에서 발생하는 다양한 파형을 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 제어 회로(350)의 동작 주파수[또는 파형(415)으로 나타낸 PWM 신호의 주파수]는 파형(413)으로 나타낸 램프 신호의 충전 및 방전 주기에 따라 결정된다. 램프 신호가 낮은 임계 전압(예, 50mV)으로 낮아지면, 세트 신호(ST)는 트리거되고 그 결과 방전 스위치(375)는 꺼진다. 따라서 램프 신호의 방전 주기 는 종료되고 램프 신호의 충전 주기가 시작된다. 램프 신호가 높은 임계 전압(VIN/N)으로 상승하면, 파형(407)으로 나타낸 리셋 신호(RST)는 트리거되고 그 결과 방전 스위치(375)가 켜진다. 따라서 램프 신호의 충전 주기는 종료되고, 램프 신호의 방전 주기가 시작된다. 당업자라면 충전 및 방전 주기가 RC 네트워크(380)의 저항(381) 및 커패시터(383)에 의해 결정된다는 것을 알 수 있다. 그러므로 동작 주파수뿐 아니라 램프 신호의 충전 및 방전 주기도 미리 결정된 높은 임계 전압, 낮은 임계 전압, 저항(381)의 저항값, 커패시터(383)의 커패시턴트에 의해서 결정된다.
주로 고정 주파수에 의해 동작하는 대각선으로 쌍으로 배열된 스위치들은 동시에 제로 교차 전류를 갖지는 못한다. 이는 파형(403, 405)으로 나타내고 있다. 파형(403, 405)은 각각 라인(LX1, LX2)에 걸리는 전압을 나타낸다. 이러한 전압은 대각선으로 쌍으로 배치된 스위치에 흐르는 전류 흐름을 나타낼 수 있고, 따라서 파형(403, 305)에서의 제로 교차 전압은 대각선으로 쌍으로 배치된 스위치의 제로 교차 전류를 나타낸다. 파형(403, 405)을 관찰하면, 제로 교차 전류는 대각선으로 쌍으로 배치된 스위치에서는 동시에 발생하지 않는다. 제로 교차 전류가 동시에 발생하지 않으므로, 신호(SYNC)는 파형(407)이 보여주는 것처럼 일정한 레벨을 유지하게 된다. 또한, 파형(401)은 도 3에서 도시한 변압기(329)의 1차 권선을 통하여 흐르는 전류(Ipri)를 나타낸다. 파형(411)은 피드백 회로(340)에서 제공하는 피드백 신호(FB)를 나타낸다. 피드백 신호는 램프 신호와 교차하고 PWM 신호의 듀티 사이클(duty cycle)을 결정한다.
제어 회로(350)는 임계 조건을 만족할 때까지 고정 주파수 모드를 유지한다.다시 말하면, 직류 입력 신호(VIN)가 미리 결정된 전압 레벨보다 크거나 또는 부하가 미리 결정된 크기보다 낮은 경우에, 라인(LX1, LX2)에 동시에 걸리는 제로 교차 전압을 검출하여 공진 주파수를 추적하게 된다. 도 5에서는 다양한 주파수 모드에서 발생한 다양한 파형을 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 제어 회로(350)의 동작 주파수 또는 파형(515)으로 나타낸 PWM 신호의 주파수는 여전히 파형(513)으로 나타낸 램프 신호의 충전 및 방전 주기에 의해 결정된다. 도 4에서 도시한 파형(413)과는 달리, 램프 신호는 미리 결정된 높은 임계 전압(VIN/N)으로 충전될 수 없기 때문에, 동작 주파수는 더 이상 미리 결정된 높은 임계 주파수 및 낮은 임계 주파수, 저항(381)의 저항값, 및 커패시터(383)의 커패시턴스에 의해 결정되지 않는다.
실제로, 램프 신호의 충전 및 방전 주기뿐만 아니라 동작 주파수 또한 이 상태에서 파형(507)으로 나타낸 신호(SYNC)의 주파수에 의해 결정된다. 신호(SYNC)의 주파수는 공진 주파수를 반영하고, 라인(LX1, LX2)의 제로 교차 전압을 검출함으로써 얻는다. 파형(503, 505)으로 나타낸 바와 같이, 라인(LX1, LX2)에 걸리는 두 전압 모두가 동시에 0점을 교차하는 경우, 펄스가 파형(507)에 의해 트리거 될 것이다. 도 3을 참조하면, 펄스는 플립-플롭(371)을 리셋할 것이고, 그 결과 방전 스위치(375)가 켜진다. 그러므로 램프 신호의 충전 주기는 곧 바로 종료하고, 미리 결정된 높은 임계 전압(VIN/N)에 도달하기 전에 방전 주기가 시작된다. 결론적으로, 동작 주파수는 공진 주파수에 의해 다양한 주파수 모드로 결정된다. 높은 임계 전 압(VIN/N)에 도달할 수 없으므로, 리셋 신호(RST)는 파형(509)으로 나타낸 바와 같이 일정한 레벨을 유지한다. 또한, 파형(501)은 도 3에서 도시한 변압기(329)의 1차 권선을 통해 흐르는 전류(Ipri)를 보여준다. 파형(511)은 피드백 회로(340)가 제공하는 피드백 신호(FB)를 나타낸다. 피드백 신호(FB)는 램프 신호와 교차하고, PWM 신호의 듀티 사이클을 결정한다.
동작시, 직류/교류 변환기는 디스플레이 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 시스템은 디스플레이 패널, 디스플레이 패널 뒤편에 배치되는 백라이트용 광원, 데이터를 생성하기 위해 디스플레이 패널에 연결되는 처리 회로로 구성될 수 있으며, 이때 생성된 데이터에 기초하여 영상이 디스플레이 패널에 디스플레이될 것이다. 직류/교류 변환기는 제어기의 역할을 하여 광원을 점등하고 동작시킬 수 있다. 직류/교류 변환기는 광원에 연결되어 외부 직류 전원으로부터의 직류 입력 신호를 변환하여 교류 출력 신호를 출력하고, 교류 출력 신호를 광원으로 제공한다. 광원은 교류 출력 신호에 의해 구동되어 점등되고 디스플레이 패널로부터 빛을 방출한다. 직류 입력 신호 및 광원에 따라 직류/교류 변환기는 고정 주파수 모드 또는 가변 주파수 모드로 동작하여 교류 출력 신호의 높은 효율과 양호한 파고율을 얻을 수 있다. 양호한 파고율은 광원의 수명을 연장하므로 바람직하다.
직류 입력 신호가 미리 결정된 전압 레벨 이하이거나(부하가 일정할 때) 또는 광원으로 사용된 램프의 개수가 미리 결정된 값을 넘는 경우(직류 입력전압이 일정할 때), 양호한 파고율이 보장되며 직류/교류 변환기는 고정 주파수 모드로 동작하게 되어 높은 효율을 달성하게 될 것이다. 직류 입력 신호가 미리 결정된 전압 레벨보다 크거나(부하가 일정할 때) 또는 광원으로 사용된 램프의 개수가 미리 결정된 값을 넘지 않는 경우(직류입력전압이 일정할 때), 직류/교류 변환기는 가변 주파수 모드(공진모드)로 동작하게 되어 교류 출력 신호의 양호한 파고율을 보장할 것이다.
여기서 램프의 개수가 미리 결정된 값을 넘는 경우는 부하조건을 초과하는 것으로, 램프의 개수가 미리 결정된 값을 넘지 않는 경우는 부하조건을 초과하지 않는 것으로 정할 수 있다.
직류입력전압과 부하가 모두 변화하는 경우에는 이 둘 모두를 고려하여 주파수모드를 결정하는 것은 당연하다.
이상에서 본 발명을 설명하게 위해 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 이점을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 벅(Buck)/로이어(Royer) 회로를 간략하게 도시한 도면.
도 2는 본 발명 시스템이 구비하는 일 실시 예에 따른 직류/교류 변환기의 블록도.
도 3은 본 발명 시스템이 구비하는 일 실시 예에 따른 직류/교류 변환기를 간략하게 도시한 회로도.
도 4는 도 3에서 도시한 직류/교류 변환기가 고정 주파수 모드로 동작시 발생하는 다양한 파형을 보여주는 도면.
도 5는 도 3에서 도시한 직류/교류 변환기가 가변 주파수 모드로 동작시 발생하는 다양한 파형을 보여주는 도면.

Claims (4)

  1. 디스플레이;
    상기 디스플레이에 연결되어 상기 디스플레이에 빛을 공급하는 광원;
    상기 디스플레이에 연결되어 상기 디스플레이에 디스플레이되는 데이터를 생성하는 처리기; 및
    상기 광원에 연결되고, 또한, 외부 직류 전원으로부터의 직류 입력 전압을 상기 광원을 구동하는데 사용되는 교류 신호로 변환하며, 여기에서 상기 교류 신호의 주파수를 미리 결정된 임계조건에 따라 고정 주파수 모드와 공진 모드 사이에서 최적의 동작 주파수를 자동적으로 선택할 수 있는 제어기를 포함하며,
    여기서 상기 미리 결정된 임계조건은 상기 직류 입력 전압과 상기 광원의 부하를 포함하며,
    여기서 상기 부하가 변화하지 않을 때, 상기 직류 입력 전압이 특정 전압을 초과하는 경우 상기 제어기는 상기 공진 모드로 동작시키고, 상기 직류 입력 전압이 상기 특정 전압 이하일 경우 상기 제어기는 상기 고정 주파수 모드로 동작시키고,
    또한, 상기 직류 입력 전압이 변화하지 않을 때, 상기 부하가 부하 조건을 초과하는 경우, 상기 제어기는 상기 고정 주파수 모드로 동작시키고, 상기 부하가 상기 부하 조건을 초과하지 않는 경우, 상기 제어기는 상기 공진 모드로 동작시키는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기가 상기 직류 입력 전압이 상기 특정 전압 이하일 때, 상기 고정 주파수 모드를 선택하고, 상기 부하가 상기 부하 조건을 초과하는 경우에 상기 고정 주파수 모드를 선택하는 경우에, 상기 교류 신호의 주파수를 저항 및 캐패시터에 의해 결정된 일정한 주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 직류 입력 전압이 상기 특정 전압을 초과할 때, 상기 공진 모드를 선택하고, 상기 부하가 상기 부하 조건을 초과하지 않는 경우에 상기 공진 모드를 선택하는 경우에, 공진회로의 공진 주파수를 추적하기 위해 상기 교류 신호의 주파수를 변경하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 공진 모드에서 발생하는 상기 교류 신호의 주파수는 상기 장치 내의 상기 공진 회로 구성 요소들의 공진 주파수와 동기화되도록 변경되는 장치.
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