KR101188819B1

KR101188819B1 - 평균전류제어기

Info

Publication number: KR101188819B1
Application number: KR1020100082960A
Authority: KR
Inventors: 황종태; 박성준; 김대호; 정문상
Original assignee: 주식회사 동부하이텍
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2012-10-08
Also published as: KR20120019642A; US8698422B2; US20120049753A1

Abstract

본 발명은 전류제어기에 있어서, 특히 평균전류제어기에 관한 것으로, 부하의 변화나 설정된 스위치 오프 시간에 상관 없이 안정된 정전류 제어가 가능하며, 특히 부하에 흐르는 전류의 평균전류를 그 부하의 변화에 상관없이 안정적으로 제어하고 또한 sub-harmornic 문제를 최소화할 수 있는 평균전류제어기에 관한 발명이다.

Description

평균전류제어기{average current controller}

본 발명은 전류제어기에 관한 것으로, 특히 평균전류제어기에 관한 것이다.

일반적으로 LED와 같은 디스플레이 소자의 구동회로는 정전류 제어(constant current control)하는 선형 제어 방식과 스위칭을 이용하는 PWM 방식을 주로 사용한다. 그러나 효율이 낮은 선형 제어 방식 보다는 효율을 극대화 할 수 있는 PWM 방식을 선호하고 있다.

일반적으로 LED를 구동하려는 전압이 LED의 전압보다 높은 경우가 많기 때문에 벅(Buck) 형태의 컨버터가 주로 사용되고 있다.

도 1a는 종래 기술에 따른 벅 컨버터(Buck converter) 구조를 갖는 디스플레이 드라이버를 나타낸 회로도이다. 예로써, 디스플레이 드라이버로써 constant off-time peak current 제어형 LED 구동 드라이버의 구조를 도시한 회로도이다.

벅(Buck) 구조는 일명 스텝다운(Step-down) 구조로써 인덕터(L)(1)와 프리 휠링 다이오드(freewheeling diode)(DFW)(2)와 전력 스위치(MSW)(3)로 구성된다.

전력 스위치(MSW)(3)가 도통(on)됨에 따라, LED(4)에 전류가 흘러 그 LED(4)가 켜진다. 물론 전력 스위치(MSW)(3)가 오프(off)되면, 인덕터(L)(1)와 프리 휠링 다이오드(DFW)(2)와 LED(4)가 구비되는 폐루프에서 전류가 순환하면서 LED(4)의 부하에 의해 전류가 감소한다.

저항(Rcs)(5)은 전력 스위치(MSW)(3)가 도통(on)되었을 때, 인턱터(L)(1)와 LED(4)에 흐르는 전류를 감지하기 위한 저항이다.

전력 스위치(MSW)(3)가 온(on)되면, 인덕터(L)에 흐르는 전류는 증가한다. 여기서, 인덕터(L)에 흐르는 전류는 LED(4)에 흐르는 전류와 동일하다. 그 증가된 전류 량이 미리 설정되어 있는 기준전류 값(Iref)과 같아지면, 전력 스위치(MSW)(3)는 일정 시간(Toff)동안 오프(off)되었다가 그 Toff 이후에 온(on)된다. 전력 스위치(MSW)(3)의 스위칭(on/off)에 따라 이러한 동작을 반복한다.

전력 스위치(MSW)(3)의 스위칭(on/off)에 따른 반복적인 동작으로 인해, 도 1b에 도시된 바와 같이, 최대 전류 값(Peak current value)은 일정한 레벨이 된다.

이와 같이 정전류 제어 방식은 매우 간단한 제어 구조로 되어 있기 때문에 동작이 확실하고, PWM 방식의 전류 제어형 컨버터에서 필요한 기울기 보상(slope compensation) 문제가 없다.

그러나, 정전류 제어 방식에서는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 최대 전류 값과 최저 전류 값의 차이가 클 경우에 즉, 전류의 리플(ripple) 정도가 클 경우에는 평균전류 값이 최대 전류 값과 많은 차이를 보일 수 있다. 특히 디스플레이 소자인 LED(4)의 개수를 증가시키는 경우에 전류의 리플(ripple) 정도가 커지고, 그에 따라 LED(4)에 흐르는 평균전류 값이 작아지는 문제가 있다.

도 1b는 도 1a의 디스플레이 드라이버에서 LED의 개수의 변화에 따른 최대 전류 값 대비 평균전류 값의 변화를 나타낸 그래프이다.

이와 같이 LED(4) 개수의 증가에 따라 평균전류 값이 작아지는 문제를 해결하기 위해 종래 기술에서는 평균전류 값과 인덕터(L)에 흐르는 전류 값 간의 차이를 적분하여 전력 스위치(MSW)(3)의 스위칭을 제어하는 방식이 소개되었다.

도 2는 종래 기술에 따른 벅 컨버터(Buck converter) 구조를 갖는 디스플레이 드라이버의 개선된 예를 나타낸 회로도이고, 도 3은 도 2에 도시된 디스플레이 드라이버의 전력 스위치(MSW)에 대한 스위칭 제어 원리 및 sub-harmonic 문제를 설명하기 위한 그래프이다. 도 2의 설명에서는 도 1a와 동일한 구성에 대해 동일한 도면 부호를 사용한다.

도 2의 디스플레이 드라이버에서는 전력 스위치(MSW)에 대한 스위칭 제어를 위해 적분기(resetable integrator)(62)를 정전류 스위칭 제어회로(60)에 구비한다.

도 2 및 3에서 전력 스위치(MSW)에 대한 스위칭 제어의 원리를 설명하면, 적분기(62)는 저항(5)에 의해 감지된 인덕터(L)에 흐르는 전류 값(=LED에 흐르는 전류 값)과 평균전류에 상응하는 기준 값(Reference) 간의 차를 적분한다. 그 적분기(62)에 의한 적분치가 0이 되는 시점에서 전력 스위치(MSW)(3)를 오프시키며 오프 시간(off time)을 결정하는 타이머(64)가 구동된다. 그 타이머(64)의 구동에 의한 시간 동안 전력 스위치(MSW)(3)가 오프되어 평균전류가 제어된다.

도 2의 디스플레이 드라이버는 LED(4)에 대한 평균전류 제어가 간단하고, 또한 LED(4)의 개수가 달라지거나 온도에 따라 LED(4)의 순방향 전압강하가 변한다 하더라도 정전류 제어가 가능하다.

그러나, 타이머(64)와의 연동을 통해 스위치 오프 시간을 설정하여 제어하기 때문에 경우에 따라 sub-harmonic 문제가 발생할 수 있다. 즉, 도 3에서와 같이 저항(5)에 의해 감지된 인덕터(L)에 흐르는 전류 값을 적분하는 시작시점이 설정된 경우에, 적분기(62)의 출력이 0의 값인 시점에서 전력 스위치(MSW)(3)를 오프시켰음에도 불구하고 설정된 스위치 오프 시간으로 인하여 다음 전력 스위치(MSW)(3)의 온(on) 시간에 적분하는 시작시점이 달라지는 문제가 생기며, 그로 인해 인덕터(L)의 전류 값이 많고 적음을 반복적으로 감지하는 일종의 sub-harmonic 문제가 발생한다는 것이다.

따라서, 디스플레이 소자의 개수 변화에 따른 전류 리플(ripple) 정도에 의해 디스플레이 소자에 흐르는 평균전류 값이 작아지는 문제나 sub-harmonic 문제를 해결할 수 있는 새로운 정전류 제어 방식이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 상기한 점들을 감안하여 안출한 것으로, 디스플레이 소자의 개수 변화나 설정된 스위치 오프 시간에 상관 없이 안정된 정전류 제어가 가능한 평균전류제어기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 디스플레이 소자에 흐르는 평균전류를 그 디스플레이 소자의 개수 변화에 상관없이 안정적으로 제어하고 또한 sub-harmornic 문제를 최소화할 수 있는 평균전류제어기를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 평균전류제어기의 특징은, 부하에 흐르는 전류의 최대 값을 나타내는 복수의 기준전류를 설정할 수 있고, 상기 부하의 평균전류를 바탕으로 산출된 값을 이용하여 상기 복수의 기준전류 중 하나를 상기 부하에 흐르는 전류의 최대 값으로 설정하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 평균전류제어기의 다른 특징은, 부하에 흐르는 전류와 상기 부하에 흐르는 전류의 최대 전류(IPEAK)를 비교한 값과, 상기 부하에 흐르는 전류가 상기 부하의 평균전류에 도달할 때까지의 시간과 상기 평균전류로부터 상기 기준전류에 도달할 때까지의 시간의 차에 근거하여 상기 최대 전류를 변화시키는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 평균전류제어기의 또다른 특징은, 부하에 흐르는 부하전류와 상기 부하전류의 최대전류를 비교하여 제1 비교 값을 출력하는 제1비교기와, 상기 부하전류와 상기 부하전류의 평균전류를 비교하여 제2 비교 값을 출력하는 제 2비교기와, 상기 제2 비교 값을 적분하여 적분 값을 출력하는 적분기와, 상기 적분 값을 바탕으로 하여 제3 비교 값을 출력하는 제3비교기와, 상기 제1 비교 값과 상기 제3 비교 값을 바탕으로 하여 상기 최대전류를 변화시키는 최대전류발생기를 포함하는 것이다.

본 발명에 따른 평균전류제어기는 디스플레이 드라이버에서 안정된 전류 제어가 가능하게 해준다.

또한 평균전류제어기는 최대 전류 값을 제어함으로써 설정된 스위치 오프 시간에 의한 sub-harmonic 문제를 효과적으로 해결하며, 최대 전류 값의 레벨을 가변하는 식으로 능동적으로 제어함으로써 부하(디스플레이 소자 개수)가 변하여 전류 리플(ripple) 정도가 크더라도 부하(디스플레이 소자)에 흐르는 평균전류 값이 작아지는 문제를 해결해 준다.

결국, 본 발명에서는 최대 전류 값의 제어와 최대 전류 값의 가변으로써 안정된 정전류 제어를 실현해 준다.

도 1a는 종래 기술에 따른 벅 컨버터(Buck converter) 구조를 갖는 디스플레이 드라이버를 나타낸 회로도.
도 1b는 도 1a의 디스플레이 드라이버에서 LED의 개수의 변화에 따른 최대 전류 값 대비 평균전류 값의 변화를 나타낸 그래프.
도 2는 종래 기술에 따른 벅 컨버터(Buck converter) 구조를 갖는 디스플레이 드라이버의 개선된 예를 나타낸 회로도.
도 3은 도 2에 도시된 디스플레이 드라이버의 전력 스위치(MSW)에 대한 스위칭 제어 원리 및 sub-harmonic 문제를 설명하기 위한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 평균전류제어기의 구성을 나타낸 블록 다이어그램.
도 5는 도 4의 평균전류제어기를 채용한 본 발명에 따른 벅(Buck) 구조를 갖는 디스플레이 드라이버 구성을 나타낸 회로도.
도 6은 도 4 및 5에 도시된 디스플레이 드라이버 및 그의 평균전류제어기의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 평균전류제어기의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.

본 발명에서는 최대 전류 값을 제어하는 방식을 사용하며, 평균전류 제어를 만족시키기 위해 최대 전류 값의 레벨을 가변하는 능동적 제어 방식을 사용한다.

도 4는 본 발명에 따른 평균전류제어기의 구성을 나타낸 블록 다이어그램이고, 도 5는 도 4의 평균전류제어기를 채용한 본 발명에 따른 벅(Buck) 구조를 갖는 디스플레이 드라이버 구성을 나타낸 회로도이다. 본 발명에 따른 평균전류제어기는 디스플레이 소자를 구동하기 위한 디스플레이 드라이버 즉 디스플레이구동장치에 구비되어, 디스플레이 소자에 대한 전류제어를 지원한다.

도 5는 최대 전류 값 제어형(Peak current control) LED 구동 드라이버의 구조를 도시한 회로도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 평균전류제어기에 대한 설명이 용이하도록 그 평균전류제어기가 디스플레이 드라이버에 채용되는 예를 중심으로 설명한다.

도 5를 참조하면, 저항(Rcs)(150)에서 감지된 인덕터(L)(110)의 전류 값(= LED에 흐르는 전류 값)과 LED(140)의 평균전류 값(IAVG)이 평균전류제어기(160)에서 비교되어 평균전류제어기(160)의 리셋(Reset) 단에서 하이(high)가 출력 되면 전력 스위치(MSW)(130)가 오프되고, 스위치 오프 시간(Toff) 이후에 다시 전력 스위치(MSW)(130)는 온(on)된다.

전력 스위치(MSW)(130)가 도통(on)되면 LED(140)에 흐르는 전류 증가하고, 반면에 전력 스위치(MSW)(130)가 오프(off)되면 인덕터(L)(110)와 프리 휠링 다이오드(DFW)(120)와 LED(140)가 구비되는 폐루프에서 전류가 순환하면서 LED(140) 등의 부하에 의해 전류가 감소한다.

저항(Rcs)(150)은 전력 스위치(MSW)(130)가 도통(on)되었을 때, 인턱터(L)(110)에 흐르는 전류, 그와 동일한 LED(4)에 흐르는 전류를 감지한다. 그 저항(Rcs)(150)은 평균전류제어기(average current controller)(160)에 연결되며, 그에 따라 평균전류제어기(160)에 저항(Rcs)(150)에 의해 감지된 인덕터(L)에 흐르는 전류 값(= LED(140)에 흐르는 전류 값)이 인가된다.

전력 스위치(MSW)(130)의 스위칭(on/off)에 따른 반복적인 동작으로 인해, 최대 전류 값(Peak current value)은 증가 또는 감소하는 식으로 특정 레벨로 변경된다.

다음은 도 4를 참조하여 플립플롭(170)으로 Toff를 위한 구동신호를 출력하는 평균전류제어기(160)에 대해 보다 상세히 설명한다. 도 4의 설명에서는, LED(140)가 구비되는 측이 부하에 해당하므로, 인덕터(L)에 흐르는 전류 값 또는 LED(140)에 흐르는 전류 값을 부하에 흐르는 전류 값으로 정의한다. 또한, 부하에 흐르는 전류를 부하 전류로 설명한다. 전력 스위치(MSW)(130)가 온(on)인 경우에는 저항(Rcs)(150)에 의해 감지된 전류 값이 부하 전류와 같아지므로, 저항(Rcs)(150)에 의해 감지된 전류 값을 부하 전류라고 할 수 있다.

평균전류제어기(160)는 부하 전류의 최대 값을 나타내는 복수의 기준전류 값들 중 하나를 설정할 수 있고, 그 복수의 기준전류 값들 중 하나의 기준전류 값을 부하 전류의 최대 값으로 설정한다. 이때 평균전류제어기(160)는 평균전류와 부하 전류에 근거하여 산출된 값을 최대 값(기준전류)을 설정하는데 이용한다. 즉, 평균전류제어기(160)는 평균전류와 부하 전류를 비교한 비교 값을 하나의 기준전류 값을 상기 최대 값으로 설정하는데 이용한다. 구체적으로는, 부하 전류가 최대 값(기준전류)에 도달할 때까지 상기 비교 값을 적분한 값을 이용하여 하나의 기준전류 값을 상기 최대 값으로 설정하는데, 부하 전류가 평균전류에 도달할 때까지의 적분 값과 평균전류로부터 최대 값(기준전류)에 도달할 때까지의 적분 값을 이용한다. 본 발명에서 평균전류제어기(160)는 부하 전류가 평균전류에 도달할 때까지의 적분 값이 평균전류로부터 최대 값(기준전류)에 도달할 때까지의 적분 값보다 클 경우에는 상기 최대 값으로 설정되는 기준전류는 증가된다. 반면에 부하 전류가 평균전류에 도달할 때까지의 적분 값이 평균전류로부터 최대 값(기준전류)에 도달할 때까지의 적분 값보다 작을 경우에는 상기 최대 값으로 설정되는 기준전류는 감소된다. 여기서 언급되는 최대 값은 이하에서 설명되는 최대 전류 값(IPEAK)에 상응한다.

평균전류제어기(160)에 구비되는 기준전류 생성기(161)는 기준전류로써 최대 전류 값(IPEAK)를 생성하여 출력하는 것으로써 최대전류발생기에 상응하고, 제1 비교기(162)의 출력은 제1 비교 값, 제2 비교기(163)의 출력은 제2 비교 값, 그리고 제3 비교기(164)의 출력은 제3 비교 값에 상응한다.

기준전류 생성기(Reference current generator)(161)는 기준전류를 생성한다. 여기서, 기준전류는 최대 전류 값(IPEAK)에 상응할 수 있다. 그리고 기준전류 생성기(161)에서 생성된 기준전류는 다음 단의 제1 비교기(comparator 1)(162)에서 부하 전류 값과 비교된다.

특히, 기준전류 생성기(Reference generator)(161)에서 생성된 기준전류는 부하 전류 값의 평균전류 레벨이 아닌 최대 전류 값(IPEAK) 레벨을 갖는 기준전류이다.

한편, 기준전류 생성기(Reference generator)(161)는 두 개의 입력 단자를 가지며, 제1 비교기(comparator 1)(162)의 출력 즉, 제1 비교기(comparator 1)(162)에서 비교된 결과가 "compare" 단자로 입력되며, 이후에 설명되는 제3 비교기(comparator 3)(165)의 출력도 "UP/DOWN" 단자로 입력된다.

기준전류 생성기(Reference generator)(161)에서 생성되는 최초 기준전류(=최대 전류 값(IPEAK))는 부하 전류의 평균전류 값(IAVG) 레벨로 설정한다.

기준전류 생성기(Reference generator)(161)는 "compare" 단자로 입력되는 제1 비교기(comparator 1)(162)의 출력 펄스와 "UP/DOWN" 단자로 입력되는 제3 비교기(comparator 3)(165)의 출력 펄스에 따라 최대 전류 값(IPEAK)을 가변시켜 출력한다. 즉, "compare" 단자로 입력되는 제1 비교기(comparator 1)(162) 출력 펄스의 상승 엣지(rising edge)에서 "UP/DOWN" 단자로 입력되는 제3 비교기(comparator 3)(165) 출력 펄스가 하이(high)이면, 최대 전류 값(IPEAK)을 조금씩 증가시켜 출력한다. 반면에, "compare" 단자로 입력되는 제1 비교기(comparator 1)(162) 출력 펄스의 상승 엣지(rising edge)에서 "UP/DOWN" 단자로 입력되는 제3 비교기(comparator 3)(165) 출력 펄스가 로우(low)이면, 최대 전류 값(IPEAK)을 조금씩 감소시켜 출력한다. 여기서, 최대 전류 값(IPEAK)의 증가분 또는 감소분은 회로 특성에 따라 설정된다.

상기 기준전류 생성기(Reference generator)(161)의 동작을 반도체소자나 전자 분야의 시스템 설계에 사용되는 하드웨어 기술언어(HDL: hardware description language, e.g. Verilog)로 표현하면 다음과 같다.

"IPEAK = IAVG;

always @(posedge compare)

If (UP/DOWN = high)

IPEAK = IPEAK + Delta;

else

IPEAK = IPEAK - Delta; "

이와 같이 기준전류 생성기(Reference generator)(161)는 제1 비교기(comparator 1)(162) 출력에 기준하여 제3 비교기(compare 3)(165) 출력의 상태에 따라 출력할 최대 전류 값(IPEAK)을 가변한다. 즉, 기준전류 생성기(161)는 제1 비교 값과 제3 비교 값에 근거하여 최대 전류 값을 변화시킨다. 이는 기준전류 생성기(161)가 제1 비교 값과 제3 비교 값에 근거하여 설정 가능한 복수의 최대 전류 값들 중 하나를 선택하여 출력하는 것으로 설명될 수도 있다.

제1 비교기(comparator 1)(162)는 전력 스위치(MSW)(130)가 온(on)된 상태일 때, 그 전력 스위치(MSW)(130)의 출력단(e.g. 소스)에 구비되는 저항(Rcs)(150)에서 감지된 전류 값(ISENSE) 즉, 부하 전류 값을 하나의 입력으로 하고, 기준전류 생성기(Reference generator)(161)의 출력(부하 전류의 최대 값)을 다른 하나의 입력으로 한다. 그리고, 그 두 입력을 비교한 결과(제1 비교 값)를 출력한다. 즉, 제1 비교기(comparator 1)(162)는 감지 전류 값(ISENSE)이 기준전류 생성기(Reference generator)(161)의 출력인 최대 전류 값(IPEAK)이 되면 리셋 신호(RESET)를 발생시켜 출력한다.

이와 같이 제1 비교기(comparator 1)(162)에서 리셋 신호(RESET)가 출력되면, 전력 스위치(MSW)(130)가 스위치 오프된다. 즉, 제1 비교기(comparator 1)(162)에서 출력된 리셋 신호(RESET)는 Toff를 위한 구동신호로써 플립플롭(170)에 입력되며, 플립플롭(170)은 Toff 발생기(180)와 연동하여 전력 스위치(MSW)(130)를 Toff 시간 동안 오프시킨다. 그리고 리셋 신호(RESET)는 기준전류 생성기(161)에 입력되어 제2 비교기(165)의 출력과 함께 최대 전류 값(IPEAK)을 결정하는데 사용된다.

제2 비교기(comparator 2)(163)는 평균전류 값(IAVG)을 하나의 입력으로 하고, 전력 스위치(MSW)(130)가 온(on)된 상태일 때, 그 전력 스위치(MSW)(130)의 출력단(e.g. 소스)에 구비되는 저항(Rcs)(150)에서 감지된 전류 값(ISENSE) 즉, 부하 전류 값을 다른 하나의 입력으로 한다. 그리고, 그 두 입력을 비교한 결과(제2 비교 값)를 출력한다. 즉, 제2 비교기(comparator 2)(163)는 감지 전류 값(ISENSE)이 평균전류 값(IAVG) 보다 작거나 같으면, 하이(High) 신호를 발생시켜 출력한다. 반면에, 제2 비교기(comparator 2)(163)는 감지 전류 값(ISENSE)이 평균전류 값(IAVG) 보다 크면, 로우(Low) 신호를 발생시켜 출력한다.

여기서, 제2 비교기(comparator 2)(163)에 입력되는 평균전류 값(IAVG)은 기준전류 생성기(Reference generator)(161)에서 출력되는 최초 기준전류(=최대 전류 값(IPEAK))와 동일한 레벨일 수 있다.

적분기(164)는 평균전류 값(IAVG)에서 부하 전류를 차감한 결과를 적분한다. 또한, 적분기(164)는 제2 비교기(163)에서 출력되는 제2 비교 값을 적분한 적분 값을 출력할 수 있다. 여기서, 제2 비교 값은 부하 전류가 최대 전류 값에 도달할 때까지 부하 전류와 평균전류를 비교한 값이다.

적분기(164)는 제2 비교기(comparator 2)(163)의 출력을 일정한 양(+)의 기울기가 되도록 적분하거나 일정한 음(-)의 기울기가 되도록 적분한다. 즉, 제2 비교기(comparator 2)(163)의 출력이 하이(high)이면 일정한 양의 기울기가 되도록 전류 값을 적분하고, 반면에 그 출력이 로우(low)이면 일정한 음의 기울기가 되도록 전류 값을 적분한다. 그 결과, 제1 비교기(comparator 1)(162) 출력 펄스의 상승 엣지(rising edge)에서 적분기(164)에서 제2비교기(163)의 출력을 적분한 값이 양(positive)인 경우라면, 기준전류 생성기(Reference generator)(161)는 최대 전류 값을 증가시켜 출력한다. 반면에 적분기(164)에서 제2비교기(163)의 출력을 적분한 값이 음(negative)인 경우라면, 기준전류 생성기(Reference generator)(161)는 최대 전류 값을 감소시켜 출력한다.

그리고, 적분기(164)는 초기화 리셋신호(INT_RESET)가 입력될 때, 적분 값을 0으로 초기화한다. 도 4에서 제1 비교기(162)의 리셋 신호(RESET)에 따라 플립플롭(170)의 출력포트 중 하나인 Q 포트가 로우(low)를 출력하면, 초기화 리셋신호(INT_RESET)가 적분기에 입력되어 적분기(164)가 초기화된다.

제3 비교기(comparator 3)(165)는 적분기(164)의 출력 즉, 적분 값이 0보다 큰지 작은지를 판단한다. 적분기(164)의 출력이 0보다 크면 하이(high) 신호를 출력하고, 그렇지 않으면 즉, 작거나 같으면 로우(low) 신호를 출력한다.

상기한 구성에 기반한 동작을 이하 설명한다. 도 6은 도 4 및 5에 도시된 디스플레이 드라이버 및 그의 평균전류제어기의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.

시간적 개념에서 보면, 본 발명에 따른 평균전류제어기(160)는 부하 전류와 그 부하 전류의 최대 전류 값(IPEAK)를 비교한 값을 이용하면서 또한 부하 전류가 평균전류에 도달할 때까지의 시간과 평균전류로부터 기준전류인 최대 전류 값에 도달할 때까지의 시간 차에 근거하여 최대 전류 값을 변화시킨다.

만약, 부하 전류가 평균전류에 도달할 때까지의 시간이 평균전류로부터 기준전류에 도달할 때까지의 시간보다 긴 경우에는 최대 전류 값을 증가시키며, 반면에 부하 전류가 평균전류에 도달할 때까지의 시간이 평균전류로부터 기준전류에 도달할 때까지의 시간보다 짧은 경우에는 최대 전류 값을 감소시킨다. 이에 대한 예를 아래 설명한다.

전력 스위치(MSW)(130)가 온(on)되면, 저항(Rcs)(150)에서 감지된 전류 값(ISENSE) 즉, 부하 전류 값은 증가한다. 제1 비교기(162)가 리셋 신호(RESET)를 출력하기 전까지 감지된 전류 값(ISENSE)은 최대 전류 값(IPEAK)이 될 때까지 증가한다.

만약, 저항(Rcs)(150)에서 감지된 전류 값(ISENSE)가 평균전류 값(IAVG)보다 작은 경우에는 제2 비교기(comparator 2)(163)의 출력은 하이(high)가 되므로, 적분기(164)의 출력은 0부터 일정한 기울기로 T1의 시간 동안 상승한다.

반면에, T1 시간 이후에 저항(Rcs)(150)에서 감지된 전류 값(ISENSE)가 평균전류 값(IAVG)보다 커지면, 제2 비교기(comparator 2)(163)는 로우(low)가 된다. 그러므로, 적분기(164)의 출력은 일정한 기울기로 감소한다.

적분기(164)가 일정한 양의 기울기가 되도록 적분하거나 일정한 음의 기울기가 되도록 적분할 때, 도 6에서와 같이 평균전류 값(IAVG)을 기준으로 T2 시간은 T1 시간보다 짧기 때문에 적분기(164)의 출력은 양의 값이다. 그에 따라 제1 비교기(comparator 1)(162)의 출력이 하이(high) 일 때, 제3 비교기(comparator 3)(165)의 출력도 하이(high)이므로, 기준전류 생성기(Reference generator)(161)는 최대 전류 값(IPEAK)을 한 스텝(= one delta value) 증가시켜 출력한다.

반면에, 도 6에서와 같이 평균전류 값(IAVG)을 기준으로 T4 시간이 T3 시간보다 길다면 적분기(164)의 출력은 음의 값이다. 그에 따라 제1 비교기(comparator 1)(162)의 출력이 하이(high) 일 때, 제3 비교기(comparator 3)(165)의 출력이 로우(low)이므로, 기준전류 생성기(Reference generator)(161)는 최대 전류 값(IPEAK)을 한 스텝(= one delta value) 감소시켜 출력한다.

상기와 같이 최대 전류 값(IPEAK)을 증가분만큼 증가시키거나 감소분만큼 감소하는 과정을 반복한다. 한편, 기준전류 생성기(161)가 증가 또는 감소된 최대 전류 값(IPEAK)을 생성하여 출력하는 시점에서는 미리 설정된 시간 동안 부하에 흐르는 전류를 감소시키는 동작을 수행한다. 이러한 부하측 전류의 감소 동작은 부하 전류가 기준전류인 최대 전류 값에 도달했을 때에 상응한 시기에 수행되는 것으로, 전력 스위치(MSW)(130)가 오프(off)됨에 따라 부하측 폐루프에서 전류가 순환하면서 부하에 의해 전류가 감소한다. 이러한 부하측에서 전류가 감소하는 동작은 미리 설정된 시간 동안 부하로의 전류 공급을 차단함으로써 수행되는 것이다. 다시 말하자면, 즉, 제1 비교기(comparator 1)(162)는 부하 전류가 기준전류 생성기(Reference generator)(161)의 출력인 최대 전류 값(IPEAK)이 되면 리셋 신호(RESET)를 발생시켜 출력하는데, 이 리셋 신호(RESET)는 부하 전류를 감소시키는 동작을 유발하며, 그 제1 비교기(162)의 출력이 부하 전류의 감소를 유발할 때, 최대 전류 값(IPEAK)의 증가 또는 감소가 진행된다.

여기서, 최대 전류 값(IPEAK)이 증가 또는 감소하는 레벨은 매우 작게 설정한다. 그러므로, 부하 전류의 평균전류 값은 거의 일정한 레벨이 된다.

부하 전류의 평균전류 값이 일정한 레벨을 유지하기 위한 이상적인 조건은, 최소 전류 값에서 평균전류 값(IAVG)에 이르는 시간 T1과 평균전류 값(IAVG)에서 최대 전류 값(IPEAK)에 이르는 시간 T2가 일치할 때이다.

그러나, 최대 전류 값(IPEAK)은 증가 또는 감소를 반복하게 되므로, 약간의 리플(ripple)이 있게 된다. 본 발명에서는 최대 전류 값(IPEAK)의 증가분이나 감소분을 매우 작게 설정하고 또한 최대 전류 값(IPEAK)의 최대 증가분이나 최소 감소분을 매우 작게 설정하므로, 부하 전류의 평균전류 값은 거의 일정한 레벨을 유지한다.

이상의 본 발명에서는 일정한 레벨의 부하 전류의 평균전류 값을 얻기 위해 최대 전류 값 제어를 적용하고 있다. 그리고, 본 발명에서는 최대 전류 값(IPEAK)의 증가분(+ delta)이나 감소분(- delta)을 충분히 작게 설정하여 sub-harmonic 문제를 해결한다.

상기와 같은 본 발명의 구성으로써, 부하에 대한 정전류 제어를 실시하여 그 부하에 흐르는 평균전류를 안정되게 제어한다.

한편, 본 발명에서 평균전류는 미리 설정된 고정 값일 수도 있고, 부하 전류의 평균 값일 수도 있다.

또한, 본 발명에서 복수의 기준전류(최대 전류) 값을 설정할 수 있다는 의미와, 복수의 기준전류 중 하나를 최대 전류 값으로 설정할 수 있다는 의미는, 복수의 기준전류 값들이 메모리에 저장되어 있어서 그 저장된 복수 개 중 하나를 선택하는 일 형태와, 복수의 기준전류 값들이 점진적(Stepwise)으로 증가분(+ delta) 또는 감소분(- delta) 만큼 변경되는 일 형태일 수 있다는 것을 의미한다.

160 : 평균전류제어기 161 : 기준전류 생성기
162 : 제1 비교기 163 : 제2 비교기
164 : 적분기 165 : 제3 비교기

Claims

부하에 흐르는 전류의 최대 값을 나타내는 복수의 기준전류를 설정할 수 있고, 상기 부하의 평균전류를 바탕으로 산출된 값을 이용하여 상기 복수의 기준전류 중 하나를 상기 부하에 흐르는 전류의 최대 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 1항에 있어서,
상기 부하에 흐르는 전류의 최대 값으로 설정되는 상기 기준전류는 상기 부하의 평균전류와 상기 부하에 흐르는 전류를 비교한 비교 값을 이용하여 설정되는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 2항에 있어서,
상기 부하에 흐르는 전류의 최대 값으로 설정되는 상기 기준전류는, 상기 부하에 흐르는 전류가 상기 기준전류에 도달할 때까지의 상기 비교 값의 적분을 통해 설정되는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 3항에 있어서,
상기 부하에 흐르는 전류가 상기 평균전류에 도달할 때까지의 적분 값이 상기 평균전류로부터 상기 기준전류에 도달할 때까지의 적분 값 보다 클 경우, 상기 부하에 흐르는 전류의 최대 값으로 설정되는 상기 기준전류는 증가되는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 4항에 있어서,
상기 부하에 흐르는 전류가 상기 기준전류에 도달할 때, 미리 설정된 시간 동안 상기 부하에 흐르는 전류를 감소시키는 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 5항에 있어서,
상기 평균전류는 미리 설정된 고정 값인 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
부하에 흐르는 전류와 상기 부하에 흐르는 전류의 최대 전류를 비교한 값과, 상기 부하에 흐르는 전류가 상기 부하의 평균전류에 도달할 때까지의 시간과 상기 평균전류로부터 기준전류에 도달할 때까지의 시간의 차에 근거하여 상기 최대 전류를 변화시키는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 7항에 있어서,
상기 부하에 흐르는 전류가 상기 부하의 평균전류에 도달할 때까지의 시간이 상기 평균전류로부터 상기 기준전류에 도달할 때까지의 시간보다 긴 경우, 상기 최대 전류를 증가시키는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 8항에 있어서,
상기 부하에 흐르는 전류가 상기 최대전류에 도달할 때까지 상기 부하에 흐르는 전류와 상기 평균전류의 비교 값을 적분하는 적분기를 더 포함하고,
상기 부하에 흐르는 전류가 상기 부하의 평균전류에 도달할 때까지 상기 적분기에 의한 상기 비교 값의 적분 값과 상기 평균전류로부터 상기 최대전류에 도달할 때까지 상기 적분기에 의한 상기 비교 값의 적분 값을 바탕으로 하여 상기 최대전류를 변화시키는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 9항에 있어서,
상기 부하에 흐르는 전류가 상기 기준전류에 도달하였을 때 미리 설정된 시간 동안 상기 부하로의 전류 공급을 차단하는 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 7항에 있어서,
상기 평균전류는 미리 설정된 고정 값인 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
부하에 흐르는 부하전류와 상기 부하전류의 최대전류를 비교하여 제1 비교 값을 출력하는 제1비교기와,
상기 부하전류와 상기 부하전류의 평균전류를 비교하여 제2 비교 값을 출력하는 제 2비교기와,
상기 제2 비교 값을 적분하여 적분 값을 출력하는 적분기와,
상기 적분 값을 바탕으로 하여 제3 비교 값을 출력하는 제3비교기와,
상기 제1 비교 값과 상기 제3 비교 값을 바탕으로 하여 상기 최대전류를 변화시키는 최대전류발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 12항에 있어서,
상기 최대전류발생기는 복수의 최대전류를 설정할 수 있고, 상기 제1 비교 값과 상기 제3 비교 값을 바탕으로 하여 상기 복수의 최대전류 중 하나를 출력하는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 12항에 있어서,
상기 제1 비교 값이 상기 부하전류의 감소를 유발하는 값을 가질 때, 상기 최대전류발생기는 상기 최대전류를 변화시키는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 12항에 있어서,
상기 제2 비교 값은 상기 평균전류에서 상기 부하전류를 차감한 값에 대응하는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 12항에 있어서,
상기 적분기는 상기 부하전류가 상기 최대전류에 도달할 때까지 상기 제2 비교 값의 적분을 수행하는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 16항에 있어서,
상기 제2 비교 값의 적분 값이 양인 경우에는 상기 최대전류를 증가시키는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 16항에 있어서,
상기 제2 비교 값의 적분 값이 음인 경우에는 상기 최대전류를 감소시키는 것을 특징으로 하는 평균전류제어기.
상기 제 1 내지 18항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 평균전류제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하구동장치.