KR100914072B1 - 전하펌프회로를 사용한 ｄｃ-ｄｃ 변환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 OLED 디스플레이 모듈에 포함되는 파워 모듈을 소형화 시킬 수 있으며, EMI 및 잡음문제를 개선하는 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기에 대해 개시한다. 상기 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기는, 전압레벨 검출기, 발진기, 클럭신호 생성회로 및 전하펌프회로를 구비한다. 상기 전압레벨 검출기는, 기준전압을 이용하여 변환전압의 전압준위에 대응되는 발진제어신호를 생성한다. 상기 발전기는 상기 발진제어신호에 응답하여 발진신호를 생성한다. 상기 클럭신호 생성회로는 상기 발진신호에 응답하여 적어도 하나의 클럭신호를 생성한다. 상기 전하펌프회로는 적어도 하나의 상기 클럭신호에 응답하여 상기 변환전압을 생성한다.
차지펌프회로, 전압레벨 검출기, 발진기

Description

전하펌프회로를 사용한 ＤＣ-ＤＣ 변환기{DC-DC Converter using charge pump circuit}
본 발명은 변환기(Converter)에 관한 것으로, 특히 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기에 관한 것이다.
평판 디스플레이 기술이 발정함에 따라 휴대폰 단말기, 디지털 카메라, 모바일 기기 이외에 자동차 계기판에도 평판 디스플레이가 사용되고 있다. 현재 자동차 계기판에 사용되고 있는 평판 디스플레이는 TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)가 주로 개발되고 있지만, TFT-LCD는 자체 발광형이 아닌 별도의 광원을 필요로 하기 때문에 초박화 및 시야각 등의 측면에서 한계를 지닌다.
따라서 향후 자동차 계기판에 사용될 평판 디스플레이로 TFT-LCD에 비해 넓은 시야각 및 높은 채도, 빠른 응답 속도를 지니며, 특히 별도의 광원을 필요로 하지 않는 자체 발광 소자를 가지는 초박화 및 경량에 유리한 3.5인치 QVGA급 OLED(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이의 사용이 확대될 것으로 예상된다.
도 1은 OLED 디스플레이 모듈의 블록다이어그램이다.
도 1을 참조하면, OLED 디스플레이 모듈(100)은 마이크로프로세서(120), 디스플레이 패널(130) 및 디스플레이 구동 IC(140)와 이들에 전원을 공급하는 PMU(110)를 구비한다.
모바일용 3.5인치 QVGA 급 OLED 디스플레이 모듈에서는 3.7V의 배터리 전압으로 10V의 패널 구동 전압인 VDD를 만들어 주기 위한 DC-DC 변환기를 사용한다. 일반적으로 휴대용 시스템은 배터리 등 하나의 전력 공급원을 가지고 있다. DC-DC 변환기는 이 공급원으로부터 공급되는 전압을 이용하여 여러 가지 원하는 전압 준위를 가지는 변환 전압을 생성시킨다. 또 DC-DC 변환기는 입력 전력 공급원의 전압 변화 또는 전력을 공급받는 부하의 전력 소모 변화에 영향을 받지 않고 변환 전압의 전압 준위를 일정하게 유지해 주는 역할도 수행하여야 한다. DC-DC 변환기는 일반적으로 스위칭 레귤레이터(Switching Regulator)와 선형 레귤레이터(Linear Regulator)로 구분할 수 있다. 스위칭 레귤레이터는 선형 레귤레이터에 비해 더 많은 비용이 들고 더 많은 잡음을 발생시키지만 더 높은 전력 변환효율을 보여주는 것으로 알려져 있다.
스위칭 레귤레이터는 회로에 포함된 2개의 MOSFET 스위치를 서로 번갈아가면서 주기적으로 열고 닫음으로서 기능을 수행하는데, 이 스위치들의 제어에는 PWM(Pulse Width Modulation)과 PFM(Pulse Frequency Modulation)이 주로 사용된다.
도 2는 종래의 DC-DC 변환기의 회로도이다.
도 2를 참조하면, DC-DC 변환기(200)는 2개의 인덕터(L)를 이용하여 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 패널 구동전압(VDD)을 생성한다.
도 2에 도시된 PWM 방식의 DC-DC 변환기는 EMI(Electromagnetic Interference) 방사 및 잡음에 취약하고 인덕터(Inductor)를 포함한 개별(discrete) 소자의 사용으로 인해 모듈(Module)의 소형화에도 한계를 지닌다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, OLED 디스플레이 모듈에 포함되는 파워 모듈을 소형화 시킬 수 있으며, EMI 및 잡음문제를 개선하는 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기는, 전압레벨 검출기, 발진기, 클럭신호 생성회로 및 전하펌프회로를 구비한다. 상기 전압레벨 검출기는, 기준전압을 이용하여 변환전압의 전압준위에 대응되는 발진제어신호를 생성한다. 상기 발전기는 상기 발진제어신호에 응답하여 발진신호를 생성한다. 상기 클럭신호 생성회로는 상기 발진신호에 응답하여 적어도 하나의 클럭신호를 생성한다. 상기 전하펌프회로는 적어도 하나의 상기 클럭신호에 응답하여 상기 변환전압을 생성한다. 여기서 상기 전압레벨 검출기 및 상기 발진기는 제1구동전압에 의해 구동되고 상기 클럭신호 생성회로 및 상기 전하펌프회로는 제2구동전압에 의해 구동된다.
본 발명은 OLED 디스플레이 모듈에 포함되는 파워 모듈을 소형화 시킬 수 있으며 EMI 및 잡음문제도 개선할 수 있다는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기의 블록 다이어그램이다.
도 3을 참조하면, 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기(300)는, 기준전압 발생기(310), 전압레벨 검출기(320), 발진기(330), 클럭신호 생성회로(340), 전하펌프회로(350), 프리차지회로(360) 및 변환전압 저장용 커패시터(CR)를 구비한다.
기준전압 발생기(310)는 제3구동전압(VBP)을 이용하여 기준전압(Vref), 제1구동전압(VLP) 및 제2구동전압을 생성한다. 전압레벨 검출기(320)는 기준전압(Vref)을 이용하여 변환전압(VDD)의 전압준위에 대응되는 발진제어신호(OSC_En)를 생성한다. 발진기(330)는 발진제어신호(OSC_En)에 응답하여 발진신호(OSC_O)를 생성한다.
전압레벨 검출기(320) 및 발진기(330)는, 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기가 정상적으로 동작하는 동작모드(Active Mode) 및 동작을 중지하는 대기모드(Stand-by Mode)를 지시하는 제어신호(VDD_En)에 응답하여, 그 동작이 결정된다.
클럭신호 생성회로(340)는 발진신호(OSC_O)에 응답하여 적어도 하나의 클럭 신호(CLK)를 생성한다. 전하펌프회로(350)는 적어도 하나의 클럭신호(CLK)에 응답하여 변환전압(VDD)을 생성한다.
프리차지회로(360)는 변환전압(VDD)을 프리차지 시킨다. 변환전압 저장용 커패시터(CR)는 전하펌프회로(350)의 출력전압인 변환전압(VDD)을 저장한다.
여기서 전압레벨 검출기(320) 및 발진기(330)는 제1구동전압(VLP)에 의해 구동되고 클럭신호 생성회로(340) 및 전하펌프회로(350)는 제2구동전압(VPP)에 의해 구동된다.
여기서, 클럭신호 생성회로(340)에서 생성되는 클럭신호(CLK)는,
하나의 클럭신호를 사용할 경우 상기 클럭신호의 최고 전압준위는 상기 변환전압(VDD)과 동일한 전압준위를 가지며, 두 개의 클럭신호를 사용할 경우 상기 두 개의 클럭신호의 최고 전압준위는 상기 제2구동전압(VPP)의 전압준위와 동일한 전압준위를 가지도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1구동전압 내지 제3구동전압은, 제3구동전압(VBP)≥제2구동전압(VPP)>제1구동전압(VLP)의 관계를 가지도록 설계되는 것이 바람직하다. 이는 기준전압 발생기(310)에서 사용되는 구동전압(VBP)의 전압준위를 9V~16V(Volts)로 하고 제1구동전압(VLP)의 전압준위를 2.8V로 할 때, 전압레벨 검출기(320) 및 발진기(330)의 회로에 사용되는 소자의 구동전압이 낮게 되므로 두 기능블록(320, 330)에 소비되는 면적이 감소될 수 있기 때문이다.
OLED 디스플레이 모듈의 3.5인치 급 패널 구동전원이 되는 변환전압(VDD)은 10V, 40mA 이상이 요구되는 것이 일반적이다. 전압레벨 검출기(320)는 변환전압(VDD)의 목표로 하는 전압준위인 10V보다 작을 때에는 발진제어신호(OSC_En)의 값을 조절하여, 전하펌프회로(350)에서 전하 펌핑(Charge Pumping)을 계속하여 변환전압(VDD)의 전압준위를 상승시키도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기의 경우, 변환기(300)에 포함된 기능블록에 공급되는 전원의 전압준위를 다르게 하여 변환기(300)를 반도체 장치로 구현하였을 때 소비 면적을 감소시킬 수 있게 하였다. 또한 변환기(300)의 구조가 간단하며, 특히 인덕터를 사용하지 않으므로 EMI 및 EMI에 의한 잡음문제도 동시에 해결할 수 있는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 OLED 디스플레이 모듈의 블록다이어그램이다.
도 2는 종래의 DC-DC 변환기의 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기의 블록 다이어그램이다.

Claims (7)

  1. 기준전압(Vref)을 이용하여 변환전압(VDD)의 전압준위에 대응되는 발진제어신호(OSC_En)를 생성하는 전압 레벨 검출기(320);
    상기 발진제어신호(OSC_En)에 응답하여 발진신호(OSC_O)를 생성하는 발진기(330);
    상기 발진신호(OSC_O)에 응답하여 적어도 하나의 클럭신호(CLK)를 생성하는 클럭신호 생성회로(340); 및
    적어도 하나의 상기 클럭신호(CLK)에 응답하여 상기 변환전압(VDD)을 생성하는 전하펌프회로(350)를 구비하며,
    상기 전압레벨 검출기(320) 및 상기 발진기(330)는 제1구동전압(VLP)에 의해 구동되고 상기 클럭신호 생성회로(340) 및 상기 전하펌프회로(350)는 제2구동전압(VPP)에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전하펌프회로(350)의 출력전압인 상기 변환전압(VDD)을 저장하는 변환전압 저장용 커패시터(CR)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변환전압(VDD)을 일정한 전압으로 프리차지(precharge) 시키는 프리차지회로(360)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기.
  4. 제1항에 있어서,
    제3구동전압(VPB)을 이용하여 상기 기준전압(Vref)을 생성하는 기준전압 발생기(310)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1구동전압(VLP) 및 상기 제2구동전압(VPP)은,
    상기 기준전압 발생기(310)에서 생성되며,
    상기 제1구동전압 내지 제3구동전압은,
    제3구동전압(VBP)≥제2구동전압(VPP)>제1구동전압(VLP)의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전압레벨 검출기(320) 및 상기 발진기(330)는,
    상기 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기(300)가 정상적으로 동작하는 동작모드(Active Mode) 및 동작을 중지하는 대기모드(Stand-by Mode)를 지시하는 제어 신호(VDD_En)에 응답하여, 그 동작이 결정되는 것을 특징으로 하는 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 클럭신호(CLK)는,
    하나의 클럭신호를 사용할 경우 상기 클럭신호의 최고 전압준위는 상기 변환전압(VDD)과 동일한 전압준위를 가지며,
    두 개의 클럭신호를 사용할 경우 상기 두 개의 클럭신호의 최고 전압준위는 상기 제2구동전압(VPP)의 전압준위와 동일한 전압준위를 가지는 것을 특징으로 하는 전하펌프회로를 사용한 DC-DC 변환기.
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