KR101065506B1 - 상호 접속형 직류-직류 변환기 - Google Patents

상호 접속형 직류-직류 변환기 Download PDF

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Abstract

온 저항의 감소를 통해 회로가 차지하는 면적을 최소화할 수 있는 상호 접속형 직류-직류 변환기가 개시된다. 온 저항을 감소시키기 위해 구동 트랜지스터의 게이트 단자에 온저항 제어전압을 전달하는 트랜지스터를 구비하여 구동 트랜지스터의 온저항을 저감시킨다. 또한, 구동 트랜지스터는 오프 상태시 다이오드 연결되도록 하며, 다이오드 연결된 구동 트랜지스터에는 역바이어스가 인가되도록 하여 출력단으로부터 회로로 흐르는 역방향 전류를 차단한다.
직류-직류 변환기, DC-DC 컨버터, 트랜지스터

Description

상호 접속형 직류-직류 변환기{Cross-coupled type DC-DC converter}
본 발명은 직류-직류 변환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 평판 디스플레이 구동장치로 적합한 교효율이면서 소면적을 가지는 상호 접속형 직류-직류 변환기에 관한 것이다.
직류-직류 변환기는 전압의 크기를 변환하는 전자 회로이다. 즉, 전원 전압을 이용하여 직류-직류 변환기의 후단에 연결된 소정의 회로에 승압된 전압을 공급한다. 이러한 회로는 한 개의 전압으로 다수의 전압이 필요한 시스템에 주로 이용된다.
특히, 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널 또는 유기전계 발광장치 등과 같은 평판 디스플레이 장치의 구동회로에서도 저전력을 위해 디지털 회로는 저전압으로 설계되나, 액정이나 유기발광 다이오드와 같은 물질을 구동하는 경우에는 패널의 특성에 맞는 전압이 공급되어야 한다.
도 1은 종래의 상호 접속형(cross-coupled type) 직류-직류 변환기의 일 예를 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 직류-직류 변환기는 제1 트랜지스터 회로(110) 및 제2 트랜지스터 회로(120)를 가진다.
제1 트랜지스터 회로(110)는 제1 트랜지스터 N1 및 제2 트랜지스터 P1이 직렬 연결되어 있으며, 제2 트랜지스터 회로(120)는 서로 직렬 연결된 제3 트랜지스터 N2 및 제4 트랜지스터 P4를 가진다. 또한, 제1 트랜지스터 회로 및 제2 트랜지스터 회로는 제1 전원 VDD와 출력단 OUT 사이에 서로 병렬 연결된 구조를 가진다.
또한, 출력단 OUT와 접지 GND 사이에 부하 커패시터 Coutput이 접속되어 있으며, 제3 트랜지스터 N2의 게이트 전극 및 제4 트랜지스터 P2의 게이트 전극은 제1노드 Node1에 공통 연결되며, 제1 트랜지스터 N1 및 제2 트랜지스터 P1의 게이트 전극은 제2 노드 Node2에 공통 연결된다.
또한, 제1 노드 Node1에는 용량 결합된 제1 커패시터 C1을 통해 클럭신호인 제1 입력신호 CLK가 입력되는 제1 입력단 IN1이 연결된다. 상기 제2 노드 Node2에는 용량 결합된 제2 커패시터 C2를 통해 반전된 클럭신호인 제2 입력신호 CLKB가 입력되는 제2 입력단 IN2가 연결된다.
도 2는 상기 도 1에 도시된 직류-직류 변환기의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 입력신호 CLK와 제2 입력신호 CLKB가 각각 제1 입력단 IN1 및 제2 입력단 IN2에 입력된다. 또한, 제1 및 제2 커패시터 C1 및 C2의 초기 전압을 VDD라 가정하면, 제1 노드 Node1 및 제2 노드 Node2의 전압은 입력 신호의 레벨에 따라 VDD에서 2VDD로 상승한다.
먼저, 제1 커패시터 C1에 인가되는 제1 입력신호 CLK가 하이 레벨이 되고, 제1 노드 Node1의 전압은 커플링에 의해 2VDD가 되고, 이와 동시에 제2 커패시터 C2에 입력되는 제2 입력신호 CLKB가 제1 입력신호 CLK와는 반대이므로 로우 레벨로 하강하면 제2 노드 Node2의 전압은 VDD가 된다.
제1 노드 Node1의 전압은 2VDD이고, 제3 및 제4 트랜지스터 N2 및 P2에 연결되어 있으므로, 제3 및 제4 트랜지스터 N2 및 P2의 게이트 전극에는 2VDD의 전압이 인가된다. 또한, 제2 노드 Node2의 전압은 VDD이므로 제1 트랜지스터 N1 및 제2 트랜지스터 P1의 게이트 전극에는 VDD가 인가된다.
따라서, 제1 트랜지스터 N1은 오프되고, 제2 트랜지스터 P1은 턴온되어 제1 노드 Node1의 2VDD의 전압은 부하 커패시터 Coutput에 충전되며, 출력단 OUT으로 출력된다. 또한, 제3 트랜지스터 N2는 턴온되고, 제4 트랜지스터 P2는 오프된다. 따라서, 제2 노드 Node2는 VDD레벨을 유지한다.
이어서, 제1 커패시터 C1에 인가되는 제1 입력신호 CLK가 로우 레벨이 되고, 제2 커패시터 C2에 인가되는 제2 입력신호 CLKB가 하이레벨로 설정된다. 따라서, 커플링에 의해 제1 노드 Node1에는 VDD가 인가되고, 제2 노드 Node2에는 2VDD가 인가된다. 따라서, 상기 제1 노드 Node1에 연결된 제3 트랜지스터 N2 및 제4 트랜지스터 P2의 게이트 단자에는 VDD가 인가되고, 제2 노드 Node2에 연결된 제1 트랜지스터 N1 및 제2 트랜지스터 P2의 게이트 단자에는 2VDD가 인가된다.
각각의 게이트 단자에 인가되는 전압에 의해 제1 트랜지스터 회로에서는 제1 트랜지스터 N1은 턴온되고, 제2 트랜지스터 P1은 턴오프된다. 따라서, 제1 트랜지스터 회로(110)에서 출력단 OUTPUT으로의 전압의 전달은 차단된다. 또한, 제2 트랜 지스터 회로(120)에서는 제3 트랜지스터 N2는 턴오프되고, 제4 트랜지스터 P2는 턴온된다. 따라서, 제2 노드 Node2의 전압 2VDD는 출력단 OUT으로 전달된다.
상술한 동작이 반복적으로 일어남에 따라 출력단 OUT에는 항상 2VDD의 전압이 출력된다. 상술한 구조를 가지는 종래의 직류-직류 변환기는 입력신호들인 CLK와 CLKB가 로우 레벨 및 하이 레벨일 때 모두 부하 거패시터 Coutput을 충전하므로 신속하게 원하는 출력 전압을 생성할 수 있는 잇점이 있다.
그러나, 종래의 직류-직류 변환기에서는 구동 트랜지스터인 제2 트랜지스터 P1 및 제4 트랜지스터 P2의 게이트 전극에 VDD 내지 2VDD의 전압이 인가된다. 따라서, 구동 트랜지스터들이 턴온되는 게이트-소스간 전압차 Vgs는 VDD가 된다. 통상 Vgs가 낮은 경우, 구동 트랜지스터들의 온 저항이 커지는 문제점이 있다. 이로 인하여 종래의 직류-직류 변환기에서는 제2 트랜지스터 P1 및 제4 트랜지스터 P2의 채널폭과 제1 및 제2 커패시터 C1 및 C2의 사이즈를 크게 해야하는 문제점이 있다. 따라서, 종래의 직류-직류 변환기에서는 입력신호인 CLK 및 CLKB의 인가에 따른 전력소모도 증가하는 문제점이 발생한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 구동 트랜지스터의 Vgs를 상승시켜 구동 트랜지스터의 온 저항을 줄여줌으로서 면적을 최소화하고, 고효율화를 달성하며, 평판 디스플레이 구동용으로 적합한 상호 결합형 직류-직류 변환기를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 양의전원전압에 연결되고, 제1 노드 또는 제2 노드에 전력 공급을 제어하기 위한 변환 제어부; 상기 제1 노드와 출력단 사이에 연결되고, 제1 입력단에 인가되는 클럭신호에 따라 구동 트랜지스터의 온저항을 조절하여 상승된 전압을 출력하거나, 다이오드 연결을 통해 전압의 출력을 차단하기 위한 제1 변환부; 및 상기 제2 노드와 상기 출력단 사이에 연결되고, 제2 입력단에 인가되는 반전된 클럭신호에 따라 상기 제1 변환부와 상보적인 동작을 수행하기 위한 제2 변환부를 포함하는 상호 접속형 직류-직류 변환기를 제공한다.
상술한 본 발명에 따르면, 구동 트랜지스터의 온 저항을 감소시킬 수 있다. 따라서, 종래와 동일한 레벨의 출력전압을 형성한다하더라도 구동 트랜지스터가 차지하는 면적을 줄일 수 있으며, 부하 커패시터의 크기도 감소시킬 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예
최근, 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 전계 방출 디스플레이(FED : Field Emission Display) 및 전계 발광 디스플레이(ELD : Electro-Luminescent Display) 등과 같은 평판 디스플레이 장치에서는 디스플레이 패널의 박형화를 위해 표시부와 동일한 절연기판 상에 그 표시부를 구동하는 구동회로를 일체로 형성하는 방식이 사용되고 있다. 특히, 액정표시장치나 전계 발광 디스플레 이 등에서는 표시부를 구성하는 화소 트랜지스터로서 박막 트랜지스터를 사용하므로, 구동회로를 박막 트랜지스터를 이용하여 투명 절연기판 상에 형성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 직류-직류 변환기는 상술한 디스플레이 패널의 박형화를 위해 표시부와 동일한 투명 절연기판 상에 일체로 형성할 수 있으며, 형성된 직류-직류 변환기는 절연기판 상에 저온 폴리 실리콘 공정(Low Temperature Poly-Silicon ; LTPS)을 이용한 박막 트랜지스터로 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상호 결합형 직류-직류 변환기를 도시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 상호 결합형 직류-직류 변환기는 변환 제어부(200), 제1 변환부(300) 및 제2 변환부(400)를 가진다.
변환 제어부(200)는 양의전원전압 VDD와 변환부들(300, 400) 사이에 구비된다. 상기 변환 제어부(200)는 제1 트랜지스터 Q1 및 제2 트랜지스터 Q2로 구성된다. 제1 트랜지스터 Q1의 게이트 단자는 제1 노드 N1에 연결되고, 제2 트랜지스터의 게이트 단자는 제2 노드 N2에 연결된다. 따라서, 제1 트랜지스터 Q1과 제2 트랜지스터 Q2는 서로 교차 연결된 구조를 가진다.
서로 교차 연결된 구조에 의해 제1 트랜지스터 Q1 및 제2 트랜지스터 Q2는 상보적인 동작을 수행한다. 즉, 제1 트랜지스터 Q1이 턴온되어 양의전원전압 VDD가 제1 변환부(300)에 전달되는 경우, 제2 트랜지스터 Q2는 턴오프되어 제2 변환부(400)로의 양의전원전압 VDD의 전력전달을 차단한다.
제1 변환부(300) 및 제2 변환부(400)는 상기 변환 제어부(200) 사이에 연결되고, 서로 병렬로 배치된다. 또한, 상기 제1 변환부(300)와 제2 변환부(400)는 서로 대칭적인 구조를 가지며, 상보적인 동작을 수행한다.
또한, 상기 2개의 변환부들(300, 400)은 출력단 OUT에 상승된 전압을 공급한다. 다만, 상기 변환부들(300, 400)은 서로 상보적인 동작을 수행한다. 즉, 제1 변환부(300)가 상승된 전압을 출력단 OUT에 전달하는 경우에는 제2 변환부(400)는 출력단 OUT으로의 전압의 전달이 차단된다. 또한, 제2 변환부(400)가 상승된 전압을 출력단 OUT에 전달하는 경우에는 제1 변환부(300)의 전압의 전달동작은 차단된다.
상기 제1 변환부(300)는 제1 구동부(310) 및 제1 온전압 제어부(330)를 가진다.
제1 구동부(310)는 다이오드 연결된 구조를 가지며, 제1 노드 N1과 출력단 OUT 사이에 연결된다. 또한, 제1 구동부(310)는 제3 트랜지스터 Q3 및 제4 트랜지스터 Q4로 구성된다. 상기 트랜지스터들 Q3 및 Q4는 다이오드 연결된 구조를 가진다. 즉, 제4 트랜지스터 Q4가 턴온되는 경우, 제3 트랜지스터 Q3은 다이오드로 기능한다. 따라서, 제4 트랜지스터 Q4는 다이오드 연결용 트랜지스터로 작용한다. 또한, 제3 트랜지스터 Q3의 턴온에 따라 제1 노드 N1의 전압은 출력단 OUT으로 공급된다.
제1 온전압 제어부(330)는 제5 트랜지스터 Q5로 구성된다. 상기 제5 트랜지스터 Q5의 게이트 단자는 제1 입력단 IN1에 연결되고, 소스 단자는 온저항 제어전압 Vcon에 연결되며, 드레인 단자는 제3 노드 N3에 연결된다.
더욱 구체적으로는 제5 트랜지스터 Q5의 드레인 단자는 제1 구동부(310)의 제3 트랜지스터 Q3의 게이트 단자에 연결된다. 만일, 제5 트랜지스터 Q5가 턴온되는 경우, 제1 구동부(310)의 제3 트랜지스터 Q3의 게이트 단자에는 온저항 제어전압 Vcon가 공급된다.
제2 변환부(400)는 상기 제1 변환부(300)와 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 서로 대칭적인 회로 구성을 가진다.
즉, 제2 변환부(400)는 변환 제어부(200)와 출력단 OUT 사이에 연결되고, 제2 구동부(410) 및 제2 온전압 제어부(430)를 가진다.
상기 제2 구동부(410)는 다이오드 연결된 구조를 가지는 제6 트랜지스터 Q6 및 제7 트랜지스터 Q7을 가진다. 따라서, 제7 트랜지스터 Q7은 다이오드 연결용 트랜지스터로 사용된다. 또한, 제6 트랜지스터 Q6이 턴온되는 경우, 제2 노드 N2의 전압은 출력단 OUT으로 전달된다.
또한, 제2 온전압 제어부(430)는 제8 트랜지스터 Q8을 가진다. 상기 제8 트랜지스터 Q8의 게이트 단자는 제2 입력단 IN2에 연결되고, 소스 단자는 온저항 제어전압 Vcon에 연결되며, 드레인 단자는 제2 구동부(410)의 제4 노드 N4에 연결된다. 제8 트랜지스터 Q8이 턴온되는 경우, 제6 트랜지스터 Q6은 턴온되고, 턴온된 제6 트랜지스터 Q6은 제2 노드 N2의 전압을 출력단 OUT으로 전달한다.
상기 도 3에서 온저항 제어전압 Vcon은 접지 레벨 또는 클럭신호 CLK 또는 반전된 클럭신호 CLKB의 하이레벨보다 문턱전압 이하로 낮은 전압으로 설정될 수 있다. 상기 온저항 제어전압 Vcon의 레벨에 따라 구동 트랜지스터의 기능을 수행하 는 제3 트랜지스터 Q3 또는 제6 트랜지스터 Q6의 온저항은 조절된다.
도 4 및 도 5는 상기 도 3에 도시된 상호 결합형 직류-직류 변환기의 동작을 설명하기 위한 회로도들이다.
도 6은 상기 도 3의 상호 결합형 직류-직류 변환기의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
먼저, 도 4 및 도 6을 참조하면, 온저항 제어전압 Vcon은 동작의 용이한 설명을 위해 접지레벨로 설정된다. 이하, 도 5에 대한 설명에 대해서도 온저항 제어전압 Vcon은 접지레벨로 설정하고 이하 설명을 진행키로 한다. 또한, 상기 도 4 및 도 5에서 점선은 오프 상태인 트랜지스터 및 도선을 나타낸 것이고, 실선은 온 상태인 트랜지스터 및 도선을 나타낸 것이다.
먼저, 구간 T1에서 제1 입력단 IN1에는 클럭신호 CLK가 인가되고, 제2 입력단 IN2에는 반전된 클럭신호 CLKB가 인가된다. 제1 입력단 IN1에 인가되는 클럭신호 CLK가 하이 레벨인 경우, 제2 입력단 IN2에 인가되는 반전된 클럭신호 CLKB는 로우 레벨이 된다.
클럭신호 CLK 또는 반전된 클럭신호 CLKB가 인가되기 이전에 제1 노드 N1 및 제2 노드 N2의 전압은 VDD로 설정된 상태이다. 즉, 초기에 제1 커패시터 C1 및 제2 커패시터 C2는 각각 VDD의 전압차를 저장한 상태이다.
만일, 클럭신호 CLK가 하이레벨인 경우, 제1 커패시터 C1을 통한 커플링에 의해 제1 노드 N1의 전압은 2VDD로 상승한다. 또한, 로우 레벨인 반전된 클럭신호 CLKB에 의해 제2 노드 N2의 전압은 VDD 레벨을 유지한다.
먼저, 2VDD인 제1 노드 N1의 전압에 의해 변환 제어부(200)의 제2 트랜지스터 Q2는 턴온되고, 제1 트랜지스터 Q1은 오프된다. 턴온된 제2 트랜지스터 Q2를 통해 양의전원전압 VDD는 제2 노드 N2에 전달된다. 반면, 오프 상태의 제1 트랜지스터 Q1에 의해 양의전원전압 VDD으로부터 제1 변환부(300)로의 전력공급은 차단된다.
또한, 제1 입력단 IN1에 인가되는 하이 레벨의 클럭신호 CLK에 의해 제1 온전압 제어부(330)의 제5 트랜지스터 Q5는 턴온된다. 턴온된 제5 트랜지스터 Q5를 통해 온저항 제어전압 Vcon은 제1 구동부(310)의 제3 노드 N3으로 전달된다. 로우 레벨을 가지는 제3 노드 N3의 전압에 의해 제1 구동부(310)의 제3 트랜지스터 Q3은 턴온되고, 제4 트랜지스터 Q4는 턴오프된다. 즉, 턴오프된 제4 트랜지스터 Q4에 의해 제3 트랜지스터 Q3은 다이오드로 기능하지 못하고, 턴온을 통한 구동 트랜지스터로 작용한다. 따라서, 턴온된 제3 트랜지스터 Q3에 의해 제1 노드 N1의 전압 2VDD는 출력단 OUT으로 전달된다. 이 때 구동 트랜지스터인 제3 트랜지스터 Q3의 게이트-소스간 전압차인 Vgs는 2VDD가 된다.
또한, 제2 입력단 IN2에 인가되는 로우 레벨의 반전된 클럭신호 CLKB에 의해 제2 온전압 제어부(430)의 제8 트랜지스터 Q8은 턴오프된다. 또한, 제1 구동부(310)의 제1 노드 N1로부터 전달된 전압 2VDD가 인가되는 출력단 OUT 및 제2 노드 N2의 전압 VDD에 의해 제2 구동부(410)의 제7 트랜지스터 Q7은 턴온된다. 따라서 제6 트랜지스터 Q6의 게이트 단자에는 2VDD의 전압이 인가되며, 턴온된 제7 트랜지스터 Q7에 의해 제6 트랜지스터 Q6은 다이오드로 기능한다. 다만, 다이오드의 양의 단자인 제2 노드 N2에는 낮은 전압인 VDD가 인가되고, 음의 단자인 출력단에는 높은 전압인 2VDD가 인가되므로, 다이오드에는 역방향의 바이어스가 인가된 양상이 된다. 따라서, 제2 노드 N2로부터 출력단 OUT으로의 전류의 흐름은 차단된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 구간 T2에서 제1 입력단 IN1에는 로우 레벨의 클럭신호 CLK가 인가되고, 제2 입력단 IN2에는 하이 레벨의 반전된 클럭신호 CLKB가 인가된다.
먼저, 로우 레벨이 인가되는 제1 입력단 IN1에 의해 제1 노드 N1의 전압은 VDD로 설정되고, 하이 레벨이 인가되는 제2 입력단 IN2와 제2 커패시터 C2의 커플링에 의해 제2 노드 N2의 전압은 2VDD로 설정된다. 제1 노드N1의 전압 VDD에 의해 변환 제어부(200)의 제2 트랜지스터 Q2는 턴오프되고, 제1 트랜지스터 Q1은 턴온된다. 따라서, 턴온된 제1 트랜지스터 Q1을 통해 양의전원전압 VDD는 제1 변환부(300)로 전력을 공급한다. 또한, 오프된 제2 트랜지스터 Q2에 의해 양의전원전압 VDD로부터 제2 변환부(400)로의 전력의 공급은 차단된다.
또한, 제2 입력단 IN2의 하이 레벨인 반전된 클럭신호 CLKB에 의해 제2 변환부(400)의 제8 트랜지스터 Q8은 턴온된다. 턴온된 제8 트랜지스터 Q8에 의해 제4 노드 N4의 전압은 온저항 제어전압 Vcon으로 설정된다. 따라서, 제4 노드 N4의 로우 레벨의 전압에 의해 제6 트랜지스터 Q6은 턴온된다. 턴온된 제6 트랜지스터 Q6에 의해 제2 노드 N2의 전압 2VDD는 출력단 OUT으로 전달된다. 또한, 출력단 OUT의 전압 2VDD 및 제2 노드 N2의 전압 2VDD에 의해 제7 트랜지스터 Q7은 턴오프된다. 따라서, 제2 구동부(410)는 등가적으로 다이오드를 구성하지 아니하고, 턴온된 제6 트랜지스터 Q6은 구동 트랜지스터로서 제2 노드 N2의 전압 2VDD를 출력단 OUT에 전달한다.
또한, 로우 레벨을 가지는 제1 입력단 IN1의 전압에 의해 제1 구동부(300)의 제5 트랜지스터 Q5는 턴오프된다. 또한, 제1 노드 N1의 전압 VDD 및 출력단 OUT이 전압 2VDD에 의해 제1 변환부(300)의 제4 트랜지스터 Q4는 턴온된다. 따라서, 제1 구동부(310)의 제4 트랜지스터 Q4 및 제5 트랜지스터 Q5는 등가적으로 다이오드 구성을 가지게 된다. 다만, 구성된 다이오드의 양의 단자에는 낮은 전압인 VDD가 인가되고, 음의 단자에는 높은 전압인 2VDD가 인가된다. 따라서, 다이오드는 오프 상태이며 제1 트랜지스터 N1을 통해 공급되는 양의전원전압 VDD를 전력으로 소모하지 아니한다.
상술한 상호 결합형 직류-직류 변환기의 동작에서 출력단 OUT에 승압된 전압을 공급하는 제1 구동부(310)의 제3 트랜지스터 Q3 및 제2 구동부(410)의 제6 트랜지스터 Q6은 턴온을 위해 2VDD의 Vgs가 인가된다. 이는 제3 트랜지스터 Q3 또는 제6 트랜지스터 Q6의 온저항이 종래의 도 1에 도시된 회로보다 훨씬 낮음을 나타낸다.
또한, 본 실시예에서는 제1 온전압 제어부(330) 및 제2 온전압 제어부(430)를 구성하는 제5 트랜지스터 Q5 및 제8 트랜지스터 Q8의 일측단에 연결된 온저항 제어전압 Vcon은 입력신호 CLK 및 CLKB의 하이레벨보다 문턱전압 이하로 낮은 레벨이라면 여하한 레벨의 전압이 인가되어도 무방하다. 이렇게 설정된 전압은 제3 트랜지스터 Q3 및 제6 트랜지스터 Q6의 턴온에 필요한 Vgs를 설정하는데 사용된다.
본 실시예에서 제3 트랜지스터 Q3 또는 제6 트랜지스터 Q6이 턴온될 때, 게이트-소스 간의 전압차는 2VDD가 된다. 따라서, 도 1에 도시된 변환기에 비해 낮은 온 저항을 구현할 수 있다.
도 7은 종래의 상호 결합형 직류-직류 변환기와 본 실시예에 따른 상호 결합형 직류-직류 변환기의 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 인가되는 전압을 도시한 시뮬레이션 파형이다.
도 7을 참조하면, 도 1에 도시된 종래의 직류-직류 변환기의 각 구동 트랜지스터 P1 및 P2의 게이트 전극 및 소스 전극에 인가되는 전압차는 VDD의 크기를 가진다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 개시된 직류-직류 변환기의 각 구동 트랜지스터의 게이트 전극 및 소스 전극에 인가되는 전압차는 약 2VDD의 크기를 가진다. 이는 본 실시예에 따른 구동 트랜지스터의 온저항이 감소함을 의미한다. MOS 트랜지스터에서 채널의 온 저항은 채널의 폭과 Vgs에 반비례하며, 채널의 길이에 비례하는 특성을 가진다. 따라서, 채널의 폭을 증가시키기 아니하고 Vgs의 증가를 통해 구동 트랜지스터의 온 저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 온 저항의 감소는 본 실시예에 따른 직류-직류 변환기가 이상적인 전압원에 근접하도록 한다. 예컨대, 이상적인 전압원의 경우, 출력저항은 0으로 설정된다. 그러나, 실질적인 사용의 양상에서는 출력저항은 소정의 값을 가진다. 따라서, 낮은 출력저항을 가지는 것은 직류-직류 변환기가 이상적인 전압원에 매우 근접하여 동작할 수 있음을 의미한다.
도 8은 도 1에 도시된 직류-직류 변환기와 본 발명의 바람직한 실시예에 따 른 상호 결합형 직류-직류 변환기에서의 출력단에서의 출력신호를 도시한 시뮬레이션 파형이다.
도 8에 따르면, 점선은 도 1에 도시한 직류-직류 변환기의 출력신호를 도시한 것이며, 실선은 본 실시예의 도 3에 도시된 직류-직류 변환기의 출력신호를 도시한 것이다. 또한, 상기 2개이 도면에 도시된 직류-직류 변환기에 부하가 연결되고, 부하를 통해 120uA가 흐르는 것으로 가정한다. 상기 도 8에서 도 1과 동일하게 도 3에서도 동일한 파형의 출력신호를 구현할 수 있음을 알 수 있다.
도 9는 본 발명이 바람직한 실시예에 따른 상호 결합형 직류-직류 변환기와 도 1에 도시된 직류-직류 변환기의 크기를 비교한 레이아웃을 도시한 사진이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 직류-직류 변환기는 도 1에 도시된 직류-직류 변환기에 비해 회로가 차지하는 면적을 현저히 감소시킬 수 있다. 따라서, 표시부와 동일한 투명 절연기판 상에 표시부를 구동하는 구동회로를 일체로 형성할 경우, 보다 작은 크기의 평판표시장치를 구현할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상술한 본 실시예에서 도 3에 도시된 제1, 2, 5 및 8 트랜지스터들 Q1, Q2, Q5 및 Q8은 N형 트랜지스터로 도시되고, 제3, 4, 6 및 7 트랜지스터들 Q3, Q4, Q6 및 Q7은 P형 트랜지스터로 도시되었으나, 트랜지스터들의 전도타입은 여기에 한정되지 않으며, 그 반대의 경우도 가능함은 당해 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하고 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 종래와 동일한 출력신호를 양산하는 능력을 가지면서, 낮은 온 저항을 구현할 수 있다. 따라서, 낮은 온 저항의 구현을 위해 트랜지스터의 채널폭을 넓히거나, 채널길이를 단축하는 설계의 부담은 저감된다. 또한, 형성되는 레이아웃의 면적을 최소화할 수 있다.
도 1은 종래의 상호 접속형(cross-coupled type) 직류-직류 변환기의 일 예를 도시한 회로도이다.
도 2는 상기 도 1에 도시된 직류-직류 변환기의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상호 결합형 직류-직류 변환기를 도시한 회로도이다.
도 4 및 도 5는 상기 도 3에 도시된 상호 결합형 직류-직류 변환기의 동작을 설명하기 위한 회로도들이다.
도 6은 상기 도 3의 상호 결합형 직류-직류 변환기의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 7은 종래의 상호 결합형 직류-직류 변환기와 본 실시예에 따른 상호 결합형 직류-직류 변환기의 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 인가되는 전압을 도시한 시뮬레이션 파형이다.
도 8은 도 1에 도시된 직류-직류 변환기와 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상호 결합형 직류-직류 변환기에서의 출력단에서의 출력신호를 도시한 시뮬레이션 파형이다.
도 9는 본 발명이 바람직한 실시예에 따른 상호 결합형 직류-직류 변환기와 도 1에 도시된 직류-직류 변환기의 크기를 비교한 레이아웃을 도시한 사진이다.

Claims (7)

  1. 양의전원전압에 연결되고, 제1 노드 또는 제2 노드에 전력 공급을 제어하기 위한 변환 제어부;
    상기 제1 노드와 출력단 사이에 연결되고, 제1 입력단에 인가되는 클럭신호에 따라 구동 트랜지스터의 온저항을 조절하여 상승된 전압을 출력하거나, 다이오드 연결을 통해 전압의 출력을 차단하기 위한 제1 변환부; 및
    상기 제2 노드와 상기 출력단 사이에 연결되고, 제2 입력단에 인가되는 반전된 클럭신호에 따라 상기 제1 변환부와 상보적인 동작을 수행하기 위한 제2 변환부를 포함하고,
    상기 제1 변환부는,
    상기 제1 노드와 상기 출력단 사이에 연결되고, 선택적으로 상기 상승된 전압을 출력하기 위한 제1 구동부; 및
    온저항 제어전압에 연결되고, 상기 제1 구동부의 구동 트랜지스터의 온저항을 저감하기 위한 온/오프 동작을 수행하기 위한 제1 온저항 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호 접속형 직류-직류 변환기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 구동부는,
    상기 온저항 제어전압의 제어에 따라 상기 상승된 전압을 출력하기 위한 구동 트랜지스터; 및
    상기 구동 트랜지스터의 오프 상태시에 상기 구동 트랜지스터를 역바이어스된 다이오드로 구성하기 위한 다이오드 연결용 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호 접속형 직류-직류 변환기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 온저항 제어전압은 상기 클럭신호 또는 반전된 클럭신호가 가지는 하이레벨보다 상기 제1 온저항 제어부를 구성하는 트랜지스터의 문턱전압 이하의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 상호 접속형 직류-직류 변환기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 변환 제어부는,
    상기 양의전원전압과 상기 제1 노드 사이에 연결된 제1 트랜지스터; 및
    상기 양의전원전압과 상기 제2 노드 사이에 연결된 제2 트랜지스터를 포함하되,
    상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터는 상호 교차결합된 것을 특징으로 하는 상호 접속형 직류-직류 변환기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 구동부는 상기 제1 노드에 연결되고, 제3 노드의 전압에 따라 온/오프 동작을 수행하는 제3 트랜지스터; 및
    상기 제1 노드의 전압에 따라 온/오프 동작을 수행하여 온동작시에는 상기 제3 트랜지스터를 다이오드 연결시키는 제4 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호 접속형 직류-직류 변환기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 온전압 제어부는 상기 제3 노드와 상기 온저항 제어전압 사이에 연결되고, 상기 클럭신호의 제어에 따라 온/오프되어 상기 제3 노드에 상기 온저항 제어전압을 전달하기 위한 제5 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호 접속형 직류-직류 변환기.
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