KR102151936B1

KR102151936B1 - 광원 구동 장치, 광원 구동 방법 및 디스플레이장치

Info

Publication number: KR102151936B1
Application number: KR1020130105489A
Authority: KR
Inventors: 강정일
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2020-09-04
Also published as: US9247591B2; US20150061531A1; KR20150026519A

Abstract

본 발명은 광원구동장치에 관한 것이다.
광원구동장치는 입력되는 전원에 따라 광을 발생하는 광원부, 상기 전원을 생성하는 전원부, 상기 전원부와 광원부 사이에 직렬 연결되는 인덕터, 상기 인덕터와 광원부 사이에서 상기 광원부에 병렬로 연결되는 스위칭부 및 상기 스위칭부의 턴-오프 후에 상기 인덕터와 스위칭부에 의해 형성된 공진회로에서 상기 스위칭부의 양단에 걸리는 공진전압이 제로인 시점에 상기 스위칭부를 턴-온 시키는 제어부를 포함하여 구성한다.
본 발명에 의하면, 높은 입출력 승압비를 가지는 디스플레이장치의 백라이트 광원구동부를 고효율로 동작시킬 수 있다.

Description

광원 구동 장치, 광원 구동 방법 및 디스플레이장치{LIGHT SOURCE DRIVING APPARATUS, LIGHT SOURCE DRIVING METHOD, AND DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 디스플레이장치의 광원 구동 장치를 고효율로 동작하는 광원 구동 방법, 더욱 상세하게는 TIBC(Tapped-Inductor Boost Converter) 방식 의 광원구동장치의 구동동작에서 발생하는 전력손실을 최소화할 수 있도록 하는 것이다.

LCD TV 등과 같은 디스플레이장치는 영상을 표시하기 위한 백라이트로서, LED 등으로 구현될 수 있는 광원을 구비한다. 이러한 디스플레이장치는 광원을 구동하기 위한 수단으로서 광원 구동 회로를 구비하는데, 광원 구동 회로는 원하는 광량이 발광되도록 광원에 공급되는 전류를 제어한다.

광원의 광량을 조정하는 방식, 즉 이른바 디밍(dimming) 방식으로는, 광원에 공급되는 전류의 듀티비를 조정하는 PWM 디밍 방식과, 전류의 피크치를 조정하는 아날로그 디밍 방식 등이 적용될 수 있다.

도 1 및 2는 각각 승압형 LED 구동회로에 널리 사용되고 있는 일반적인 BC(Boost converter)방식과 높은 입출력 승압 특성을 보이는 TIBC(Tapped-Inductor Boost Converter) 방식의 구동회로를 이용하여 LED 구동회로를 구성한 예를 보이고 있다.

일반 BC(Boost converter)방식의 구동회로의 경우 입출력 전압의 비율은 다음과 같다.

V_o/V_i=1/(1-D)

한편, TIBC방식의 구동회로의 경우, 입출력 전압의 비율은 다음과 같다.

V_o/V_i=1(1+D*N2/N1)/(1-D)

여기서 V_o는 출력전압, V_i는 입력전압, D는 MOSFET(M1)의 턴-온(turn-on) 시비율(duty rate)이다.

여기서 N1과 N2는 탭 인덕터(Tapped inductor)의 1차 및 2차 권선수이다.

상기 입출력 전압비의 식에서 볼 수 있듯이 기존의 일반적인 BC 구동 회로 방식을 사용하는 경우에 비하여 TIBC 구동회로방식을 사용하는 경우 동일한 시비율(Duty rate)에 대해 보다 높은 입출력 전압비를 얻을 수 있다.

도 3은 TIBC 구동회로의 주요 동작 파형을 나타내는 것이다. 이 파형은 전형적인 CCM(Continuous Conduction Mode)으로 동작하는 경우에 해당하며, 정상상태 동작 중 인덕터의 전류 i_L이 항상 0보다 큰 값을 유지하는 경우이다.

도 3은 회로 부품들의 기생 성분이나 실제의 유한한 스위칭 시간 등은 표현되지 않은 단순화된 이상적 동작 파형이다. MOSFET이 턴-온(turn-on)되는 시점의 v_D와 i_M1의 파형은, MOSFET이 턴-온(turn-on)되는 순간 MOSFET 양단의 전압은 감소하고 전류는 상승하게 된다. 이러한 동작은 어느 정도의 시간에 걸쳐 이루어지기 때문에 도 4에 나타낸 부분과 같이 전류와 전압의 곱에 의한 전력 손실이 발생하게 된다. 또한, 턴-오프(turn-off)되어 있는 MOSFET은 도 5와 같이 특정 용량의 캐패시터(capacitor)의 특성을 가지고 있는데, 턴-온(turn-on) 시에 이 캐패시터(capacitor)(C_ds)에 충전되어 있는 에너지(0.5*C_ds*V_ds*V_ds)가 MOSFET 내부에서 소진되므로 이 또한 전력 손실에 기여를 하게 된다.

　　상기 설명과 같이 MOSFET 턴-온(turn-on) 시에는 전류와 전압의 유한한 기울기에 의한 손실과 MOSFET 양단의 용량성분에 의한 손실이 발생한다. 　동일한 부하 조건에 대해 입출력 전압비가 클수록 입력 전류는 크게 된다. 입력 전류가 클수록 I_v도 높은 값이 되어 MOSFET이 턴-온 시점에서의 전류 변화량이 큼으로 인해 회로 기생 성분으로 인한 전류/전압 노이즈나 EMI 문제가 심각하게 된다. 뿐만 아니라, 전술한 턴-온(turn-on) 스위칭 손실 중 전류와 전압의 유한한 기울기에 의한 손실이 입력 전류와 출력 전압에 의해 좌우되는 특성이 있다. MOSFET의 일반적인 특성은 입력 전류가 클수록 낮은 온저항(R_on)의 MOSFET을 사용하게 된다. 온저항(R_on)이 낮을 수록 캐패시터(C_ds)는 커지므로 캐패시터(C_ds)의 충방전에 의한 손실도 결국 커지는 경향이 되어 MOSFET의 턴-온(turn-on) 전력손실도 매우 심각해 진다. 이와 같은 경우, 인덕터(L)의 전류가 0이 되기 전에 MOSFET 턴-온(turn-on)을 수행하는 전술한 CCM 방식 대신 인덕터(L)의 전류가 0 이 된 이후에 MOSFET을 턴-온(turn-on)하는 DCM(Discontinuous Conduction Mode) 방식의 동작을 고려해 볼 수 있다.

　도 6은 DCM 동작을 하는 TIBC의 주요 동작 파형이다. t_off 시점에서 MOSFET이 턴-오프(turn-off)되면 인덕터(L) 전류 i_L은 점차 감소하여, t_zc 시점에서 0이 된다. 다음에, v_D는 회로 기생 성분에 의한 약간의 링잉(ringing) 이후 V_i에 정착을 하게 된다. T 시점에서 MOSFET이 턴-온(turn-on)되면 앞의 CCM의 경우와는 달리 i_M1은 인덕터(L)에 의해 결정되는 다소 완만한 기울기로 증가하며, MOSFET 양단의 전압 v_D 또한 CCM의 경우와 달리 V_o가 아닌 V_i에서부터 감소를 하게 된다. 따라서, 도 7에 보인 바와 같이 DCM 동작은 전류와 전압의 유한한 기울기에 의한 손실은 CCM동작에 비해 상대적으로 작은 값이 된다. 다만, 캐패시터(Cds)에 충전된 에너지는 t_zc 시점에서 링잉(ringing)의 형태로 일부 소진되고, T 시점의 턴-온(turn-on)에 의해 나머지가 소진되어 이 캐패시터(C_ds)의 충방전에 의한 전력 손실은 CCM이나 DCM이나 차이가 없다.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 고효율의 디스플레이장치의 광원구동회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 스위칭소자의 턴-온/턴-오프 동작 시에 스위칭소자의 캐패시터(C_ds)의 충방전에 따른 전력 손실을 최소화하기 위한 디스플레이장치의 광원구동회로를 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 스위칭소자의 턴-오프 후에 리액터와 스위칭소자 사이에 형성되는 공진회로에서 스위칭소자의 양단 전압이 제로인 시점을 찾을 수 있는 디스플레이장치의 광원구동회로를 제공함에 있다.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 광원구동장치는, 입력되는 전원에 따라 광을 발생하는 광원부, 상기 전원을 생성하는 전원부, 상기 전원부와 광원부 사이에 직렬 연결되는 인덕터, 상기 인덕터와 광원부 사이에서 상기 광원부에 병렬로 연결되는 스위칭부 및 상기 스위칭부의 턴-오프 후에 상기 인덕터와 스위칭부에 의해 형성된 공진회로에서 상기 스위칭부의 양단에 걸리는 공진전압이 제로인 시점에 상기 스위칭부를 턴-온 시키는 제어부를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 제어부는 공진전압이 제로인 시점의 검출을 상기 스위칭부에 흐르는 전류를 검출하여 결정할 수 있다.

상기 제어부는 상기 스위칭부에 흐르는 전류가 음에서 양으로 변화하는 것을 검출하여 수행할 수 있다.

상기 스위칭부는 MOSFET를 포함하며, 상기 MOSFET의 소스단자에는 저항이 직렬 연결될 수 있다.

상기 MOSFET의 양단에 걸리는 공진전압이 제로인 시점은 상기 MOSFET의 턴-오프 후에 MOSFET의 바디 다이오드(body diode)가 역방향 바이어스로 도통하여 형성될 수 있다.

상기 MOSFET의 시비율(duty rate)는 0.5 이상인 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 상기 MOSFET의 턴-오프 후에 상기 MOSFET에 흐르는 전류가 입력되고, 입력되는 MOSFET전류와 기준 입력을 비교하는 비교기를 포함할 수 있다.

상기 기준 입력은 그라운드 입력을 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 MOSFET의 게이트 단자에 제1출력이 연결되는 제1SR 플립플롭, 상기 제1SR 플립플롭의 리셋입력에 출력이 연결되고, 상기 MOSFET의 소스단자의 전류가 제1입력으로 입력되고, 기준전류가 제2입력으로 입력되는 제1비교기, 상기 MOSFET의 소스단자에 흐르는 전류가 제2입력에 입력되고, 기준 값이 제1입력에 입력되는 제2비교기, 상기 제2비교기의 출력이 제1입력으로 입력되고, 상기 제1SR 플립플롭의 제2출력이 입력되는 AND게이트, 상기 AND게이트의 출력이 세트단자에 입력되는 제2SR 플립플롭, 상기 MOSFET의 소스단자에 흐르는 전류가 제1입력으로 입력되고, 상기 제2SR 플립플롭의 제2출력이 제2입력으로 입력되는 제3비교기를 포함하려 구성할 수 있다.

상기 제1SR 플립플롭의 제2출력과 상기 AND게이트 제2입력 사이에 블랭킹부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 광원구동장치를 구동하는 방법은 상기 스위칭부를 턴-오프시키는 단계, 상기 스위칭부의 턴-오프 후에 상기 인덕터와 스위칭부에 의해 형성된 공진회로에서 상기 스위칭부의 양단에 걸리는 공진전압이 제로인 시점을 알아내는 단계 및 상기 공진전압이 제로인 시점에 상기 스위칭부를 턴-온시키는 단계를 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치는, 영상을 처리하는 영상 처리부, 상기 영상 처리부에 의해 처리되는 영상을 디스플레이하는 디스플레이부, 상기 디스플레이부에 광을 공급하는 광원, 상기 광원으로부터 발광되는 광량을 제어하기 위하여 상기 광원을 구동하는 광원 구동부를 포함하며, 상기 광원 구동부는, 상기 전원을 생성하는 전원부, 상기 전원부와 광원 사이에 직렬 연결되는 인덕터, 상기 인덕터와 광원 사이에서 상기 광원에 병렬로 연결되는 스위치 및 상기 스위치의 턴-오프 후에 상기 인덕터와 스위치에 의해 형성된 공진회로에서 상기 스위치의 양단에 걸리는 공진전압이 제로인 시점에 상기 스위치를 턴-온 시키는 제어부를 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명에 의하면, 디스플레이장치의 광원구동장치에 있어서 스위칭소자의 턴-온 및 턴-오프 동작 시에 발생하는 전력손실을 최소화하여 고효율로 전원을 제어할 수 있다.

도 1은 일반적인 BC(Boost converter)방식의 광원구동회로를 나타내는 회로도,
도 2는 일반적인 TIBC(Tapped Inductor Boost converter)방식의 광원구동회로를 나타내는 회로도,
도 3은 도 2의 TIBC방식의 구동회로에서 CCM(Continuous Conduction Mode)의 동작파형을 나타내는 파형도,
도 4는 도 3에서 MOSFET의 턴-온 스위칭 손실을 나타내는 도,
도 5는 도 2의 MOSFET의 등가회로도,
도 6은 도 2의 TIBC방식의 구동회로에서 DCM(Discontinuous Conduction Mode)의 동작파형을 나타내는 파형도,
도 7은 도 6에서 MOSFET의 턴-온 스위칭 손실을 나타내는 도,
도 8은 본 발명에 따른 디스플레이장치의 블록도,
도 9는 DCM TIBC의 인덕터 전류가 0이 된 직후 형성되는 공진회로도,
도 10은 도 9의 공진회로에서 공진전류와 공진전압 파형을 나타내는 파형도,
도 11은 MOSFET의 시비율(D)이 0.5이상인 경우의 공진전류와 공진전압 파형을 나타내는 파형도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 광원구동장치를 나타내는 회로도,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 제어부 구성을 나타내는 도, 및
도 14는 본 발명에 따른 광원구동방법을 나타낸 흐름도이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 이하 실시예에서는 본 발명의 사상과 직접적인 관련이 있는 구성들에 관해서만 설명하며, 그 외의 구성에 관해서는 설명을 생략한다. 그러나, 본 발명의 사상이 적용된 장치 또는 시스템을 구현함에 있어서, 이와 같이 설명이 생략된 구성이 불필요함을 의미하는 것이 아님을 밝힌다. 도면에 표현된 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 디스플레이장치(1)는 영상신호를 표시하기 위한 디스플레이패널(100), 상기 디스플레이패널(100)을 구동하기 위한 패널구동부(120,130), 상기 디스플레이패널에 광을 제공하는 광원부(160), 디밍신호에 따라 상기 광원부(160)의 휘도를 제어하는 광원구동부(150), 상기 디스플레이패널(100)의 영상신호의 타이밍을 조정하는 타이밍 제어부(timing controller; 140)를 포함하여 구성할 수 있다.

디스플레이장치(1)는 상기 구성요소들 이외에 영상처리부(미도시), 디코더(미도시), 그래픽처리부(미도시), 통신부(미도시) 등 많은 구성요소들을 포함할 수 있으며, 이들에 대한 설명은 생략한다.

디스플레이패널(100)은 서로 교차하는 복수의 게이트 라인(GL1 내지 GLm), 복수의 데이터 라인(DL1 내지 DLn), 이들의 교차 지점에 형성되는 박막 트랜지스터들(미도시), 및 상기 박막 트랜지스터들에 접속된 액정 커패시터들(미도시)을 포함한다. 상기 박막 트랜지스터들은 도시되지 않았지만 상기 복수의 게이트 라인(GL1 내지 GLm)으로부터 분기된 게이트 전극, 절연층을 사이에 두고 상기 게이트 전극 위에 배치된 반도체층, 상기 복수의 데이터 라인(DL1 내지 DLn)으로부터 분기된 소스 전극, 및 상기 소스 전극에 대향하는 드레인 전극을 포함할 수 있다. 이러한 상기 박막 트랜지스터들은 상기 액정 커패시터들을 제어한다.

상기 패널 구동부(120,130)는 게이트 구동부(120)와 데이터 구동부(130)를 포함한다.

상기 게이트 구동부(120)는 상기 타이밍 제어부(140)에서 생성된 게이트 제어 신호(GCS)에 응답하여 상기 복수의 게이트 라인(GL1 내지 GLm)에 순차적으로 스캔 신호를 공급한다. 상기 스캔 신호에 의해 상기 복수의 게이트 라인(GL1 내지 GLm)에 연결된 상기 박막 트랜지스터가 턴-온 된다. 상기 데이터 구동부(130)는 상기 타이밍 제어부(140)에서 생성된 데이터 제어 신호(DCS)에 응답하여 데이터 신호를 상기 복수의 데이터 라인(DL1 내지 DLn)에 공급한다.

상기 타이밍 제어부(140)는 수평동기신호(H_sync), 상기 디스플레이패널(100)의 프레임 주파수를 결정하는 수직동기신호(V_sync), 화상 데이터(DATA), 메인 클럭(CLK), 및 기준 클럭(CLK)을 수신한다. 상기 타이밍 제어부(140)는 상기 데이터 구동부(130)에서 요구되는 형식에 맞게 상기 화상 데이터(DATA)를 변환하여 상기 데이터 구동부(130)에 화소 데이터(RGB_DATA)를 공급한다. 상기 타이밍 제어부(140)는 상기 게이트 구동부(120)를 제어하는 게이트 제어 신호(GCS)와 상기 데이터 구동부(130)를 제어하는 상기 데이터 제어 신호(DCS)를 각각 상기 게이트 구동부(120)와 상기 데이터 구동부(130)에 제공한다. 또한, 상기 타이밍 제어부(140)는 상기 기준 클럭에 근거하여 상기 수평동기신호(H_sync)와 상기 수직동기신호(V_sync)를 변조하고, 상기 수평동기신호(H_sync)와 상기 수직동기신호(V_sync)에 근거하여 상기 광원구동부(150)에 디밍 신호(BDS)와 광원부 구동신호(BOS)를 제공한다

광원부(160)는 상기 디스플레이패널(100)의 하측에 위치하며, 외부로부터 공급받은 전원을 이용하여 상기 디스플레이패널(100)에 광을 제공한다. 상기 광원부(160)는 상기 디밍 신호(BDS)에 응답하여 휘도를 제어하는 예를 들면 LED, 형광표시램프 등으로 구성할 수 있다.

상기 광원구동부(150)는 외부의 휘도 제어명령에 따라 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 방식으로 상기 광원부(160)에 인가되는 전류를 제어하여 상기 광원부(160)의 휘도를 조절한다. 예를 들어, 상기 광원구동부(150)는 상기 타이밍 제어부(140)에서 공급되는 디밍 신호(BDS)를 이용하여 상기 광원부 전류를 제어할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 광원구동부(150)를 도 9 내지 도 12을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6에 나타낸 바와 같이, MOSFET(M1)이 턴-오프되는 시점t_off에서 인덕터(N1)의 전류 i_L은 서서히 감소하다가, t_zc 시점에서 0이 된다. 이때, MOSFET(M1)은 역방향 바이어스(bias)되고, 도 9에 나타낸 바와 같이 입력전압 V_i, 1차측 인덕터(N1)의 인덕턴스 L, MOSFET 출력 용량성분 C_ds로 이루어지는 공진회로가 형성된다. 인덕터 전류 i_L의 초기치는 0이고, MOSFET 출력 용량성분 C_ds의 초기치는 V_o와 같다.

도 10은 도 6에서 t_zc 시점의 공진 파형을 좀 더 자세히 나타낸 것이다. 회로의 기생 성분이 일체 존재하지 않는 이상적인 경우라면 도 10에 나타낸 공진 파형의 진폭은 시간에 따라 감쇄하지 않고 계속 반복이 되어야 하나, 실제 회로에서는 각 부품 및 회로 기판의 미세한 저항 성분에 의해 공진이 진행됨에 따라 그 진폭이 점차 감쇄하게 된다.

도 9의 공진 회로를 수식으로 분석하면 아래와 같다.

상기 식은 회로의 기생성분을 고려하지 않은 것으로 공진이 진행됨에 따라 진폭이 감쇄하는 것이 표현되지 않기 때문에, 처음 1~2 cycle 이후에는 그 진폭 값이 실제로 측정된 값과는 상당한 오차를 가질 수 있다.

상기 식에서 주의해 보아야 할 부분은 v_D의 진폭 DV_i/(1-D)와 V_i와의 크기 관계이다. 진폭 DV_i/(1-D)가 V_i보다 큰 경우 v_D의 최소값은 0보다 작은 음수가 되는데, 이때, 실제 회로에서는 MOSFET(M1)에 역방향으로 존재하는 바디 다이오드(body diode)가 도통을 하면서 한동안 v_D가 0V로 유지되는 구간이 발생한다. 이 조건은 MOSFET(M1)의 시비율(D)이 0.5이상에서 성립이 되며, 이 때의 공진 파형은 11과 같이 나타난다.

도 11에 나타낸 바와 같이, MOSFET(M1)의 바디 다이오드(body diode)가 도통하여 v_D가 0으로 유지되는 t1~t2 구간 내에서 MOSFET(M1)의 게이트에 전압을 인가하면, 스위칭 손실 없이 턴-온(turn-on)이 이루어질 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따라 전류 모드(current-mode)로 제어되는 TIBC방식의 광원구동회로(150)를 나타낸 회로도이다. 광원구동회로(150)는 전원부(V_i), 예를 들면 LED와 같은 광원(160), 광원(160)에 병렬 연결된 캐패시터(C1), 캐패시터(C1_에 직렬 연겨로딘 다이오드(C1), 전원부(V_i)와 다이오드(D1) 사이에 직렬 연결된 1차 인덕터(N1)와 2차 인덕터(N2), 1차 인덕터(N1)과 광원(160) 사이에 광원(160)에 병렬 연결된 MOSFET(M1), MOSFET(M1)의 소스단자에 연결된 저항(Rcs), 및 MOSFET(M1)의 게이트 단자와 소스단자에 연결된 제어IC(152)를 포함하여 구성할 수 있다.

제어IC(152)는 MOSFET(M1)의 턴-온/턴-오프 제어하여, MOSFET(M1)가 광원(160)에 공급되는 전류 또는 전압의 목표값을 추종하도록 한다. 제어IC(152)는 단일 칩으로 제작되는 것이 바람직하나, 다수의 부품을 인쇄회로기판(PCB)에 탑재하여 제작하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 제어IC(152)는 MOSFET(M1)의 턴-온/턴-오프 제어하기 위해 MOSFET(M1)의 게이트에 연결되고, MOSFET(M1)의 전류를 센싱하기 위하여 MOSFET(M1)의 소스에 연결될 수 있다. 물론, MOSFET(M1)의 전류를 센싱하는 대신에 직접적으로 v_D를 실시간으로 체크하여, 제어IC(152)에 체크 결과를 제공하는 것도 가능하나 높은 전압에 대해 실시간으로 체크하기 위해서는 다소 고가의 부품이 요구된다.

도 12에서, MOSFET(M1)이 턴-오프(turn off)되어 인덕터(L)의 전류(i_L)가 0이 되고, 매우 짧은 시간이 지난 후에 제로-전압 스위칭(Zero-Voltage Switching) 조건이 만족되면 다시 턴-온(turn-on)을 하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광원구동회로(150)는 CCM과 DCM의 경계인 BCM(Boundary Conduction Mode) 동작을 하게 된다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따라 MOSFET(M1)의 턴-오프 후에 v_D가 0으로 유지되는 시점을 검출하여 MOSFET(M1)를 턴-온하기 위한 제어부(152)의 구성을 나타내고 있다. 이와 같은 제어부(152)의 구성은 MOSFET(M1)의 전류를 센싱하여 v_D가 0으로 유지되는 시점을 검출하기 위한 하나의 예에 불과하며, 통상의 기술자라면 용이하게 동일한 기능을 하는 구성을 설계할 수 있을 것이다.

제어부(152)는 상기 MOSFET(M1)의 게이트 단자에 제1출력(Q)이 연결되는 제1SR 플립플롭(SR1); 상기 제1SR 플립플롭(SR1)의 리셋입력(R)에 출력이 연결되고, 상기 MOSFET(M1)의 소스단자(CS)의 전류가 제1입력(+)으로 입력되고, 기준전류(Iref)가 제2입력(-)으로 입력되는 제1비교기(COMP1); 상기 MOSFET(M1)의 소스단자(CS)에 흐르는 전류가 제2입력(-)에 입력되고, 기준 값(GROUN)이 제1입력(+)에 입력되는 제2비교기(COMP2); 상기 제2비교기(COMP2)의 출력이 제1입력으로 입력되고, 상기 제1SR 플립플롭(SR1)의 제2출력(Qbar)이 제2입력으로 입력되는 AND게이트; 상기 AND게이트의 출력이 세트단자(S)에 입력되는 제2SR 플립플롭(SR2); 상기 MOSFET(M1)의 소스단자에 흐르는 전류가 제1입력(+)으로 입력되고, 상기 제2SR 플립플롭(SR2)의 제2출력(Qbar)이 제2입력(-)으로 입력되는 제3비교기(COMP3)를 포함하여 구성할 수 있다. 또한, 상기 제3비교기(COMP3)의 출력은 제1SR플립플롭(SR1)의 세트단자(S)에 입력되고, 제1SR플립플롭(SR1)의 제1출력(Q)은 제2SR 플립플롭(SR2)의 리셋단자(R)에 연결된다.

상기 제2비교기(COMP2)는 입력되는 MOSFET(M1)의 소스단자(CS)의 전류(i_M1)와 그라운드 입력을 비교한다. 제2비교기(COMP2)는 전류(i_M1)가 음에서 양으로 전환하면 하이(High) 값을 출력할 수 있다. 이때, 전류(i_M1)와 비교하는 기준 값은 그라운드로 하였으나, 이는 전류(i_M1)가 음에서 양으로 전환하는 순간을 검출하기 위한 것이다. 실제로, 도 11에 나타나 있는 바와 같이, v_D가 0으로 유지되는 구간은 t1~t2 범위 내에서 이루이기 때문에 전류(i_M1)와 비교하는 기준 값을 그라운드(zero)가 아닌 적절한 범위 내의 값으로 설정하는 것이 가능하다.

이하 도 13을 참조하여 본 발명에 따른 제어IC(152)의 MOSFET(M1) 턴-온/턴-오프 제어 동작을 설명하면 다음과 같다.

MOSFET(M1)의 게이트는 온(ON) 상태로서, 저항(R_cs)에 흐르는 전류(i_M1)는 증가 중이고, 제어IC(152)의 제1SR플립플롭(SR1)은 세트 상태를 유지하고 있다.

저항(R_cs)에서 검출된 전류가 기준 전류(Iref)에 도달하면, 제어IC(152)의 제1비교기(COMP1)는 하이(High)를 출력한다. 결과적으로, 제1SR플립플롭(SR1)은 리셋 상태가 되어, 제1SR플립플롭(SR1)의 제1출력(Q)은 로우(LOW), 제2출력(Qbar)은 하이가 되므로써, MOSFET(M1)는 턴-오프된다.

MOSFET(M1)가 턴-오프되면, 저항(R_cs)에 흐르는 전류(i_M1)가 제로가 되고, 인덕터(N1)에 흐르는 전류 i_L은 감소하기 시작한다. 이때, 제어IC(152)에서는 블랭킹부를 통해 소정을 블랭킹 시간이 흐른 후 AND게이트의 제1입력에 제1SR플립플롭(SR1)의 제2출력(Qbar) 하이(high)가 입력된다. 전류 i_L의 감소 중에는 전류(i_M1)가 제로 상태를 유지하고, 제어IC(152)의 상태도 그대로 유지한다.

이후 전류 i_L가 제로에 도달하면, 저항(R_cs)에는 음의 공진전류(-i_M1)가 흐르기 시작하고, 제어IC(152)의 제2비교기(COMP2)가 하이를 출력하여, 제2SR플립플롭(SR2)이 세트상태로 되고, 제2출력(Qbar)가 로우 상태가 된다. 공진회로(L-C_ds)와 제어IC(152)가 이 상태를 유지하다가, 저항(R_cs)에 흐르는 전류(i_M1)가 음에서 제로를 지나 양으로 전환되면, 제3비교기(COMP3)가 하이를 출력하여 제1SR플립플롭(SR1)은 세트 상태로 전환된다. 결과적으로 MOSFET(M1)가 턴-온되고, 제2SR플립플롭(SR2)은 리셋상태로 되어 제3비교기(COMP3)의 출력은 로우 상태로 된다. 이때, 제2비교기(COMP2)와 AND게이트 출력은 로우 상태로 되나, 제2SR플립플롭(SR2)는 변함없이 상태를 유지하고, 제3비교기(COMP3)의 출력이 로우 상태로 되어 제1SR플립플롭(SR1)의 세트 입력(S)도 로우 상태가 되어 제1SR플립플롭(SR1)가 상태를 유지한다.

상술한 바와 같이, v_D가 0으로 유지되는 구간 t1~t2 구간은 MOSFET(M1)의 턴-오프 이후 저항(Rcs)에 흐르는 전류(i_M1)를 감지하여 알아낼 수 있다. 즉, 감지된 전류(i_M1)가 음 값으로 되었다가 다시 0이 되는 tzc2 지점을 검출하여 MOSFET(M1)을 턴-온 시키도록 하면 추가적인 부품 사용 없이 제어 IC(152)의 기능 추가만으로 스위칭소자(MOSFET(M1))의 동작에 따른 전력 손실을 최소화할 수 있다.

도 14는 본 발명에 따른 광원구동장치(150)를 구동하는 방법을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 단계 S110에서, MOSFET(M1)를 턴-오프시킨다. 결과적으로, 인덕터(N1)의 충전전압이 방전하면서 서서히 인덕터 전류 i_L이 감소를 시작한다. 이후, i_L이 감소하다가 제로에 도달하면, MOSFET(M1)의 역방향 바이어스에 의한 도통으로 인덕터(N1)와 MOSFET(M1)는 공진회로가 형성된다.

단계 S120에서, MOSFET(M1)의 턴-오프 후에 상기 인덕터와 MOSFET(M1)에 의해 형성된 공진회로에서 상기 MOSFET(M1)의 양단에 걸리는 공진전압이 제로인 시점을 알아낸다. 공진전압이 제로인 시점을 알아내는 방법은 직접 MOSFET(M1)의 양단 전압을 검출하거나, MOSFET(M1)에 흐르는 전류를 검출하는 방법을 이용할 수 있다. MOSFET(M1)에 흐르는 전류를 이용하여 공진전압이 제로인 시점을 알아내는 방법은 도 13을 참조하여 상세히 설명한 바와 같다.

단계 S130에서, 상기 공진전압이 제로인 시점에 상기 MOSFET(M1)를 턴-온시킨다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1: 디스플레이장치
100: 디스플레이 패널
120: 게이트 구동부
130: 데이터 구동부
140: 타이밍 제어부
150: 광원구동부
152: 제어IC
160: 광원부

Claims

광원 구동 장치에 있어서,
입력되는 전원에 따라 광을 발생하는 광원부;
상기 전원을 생성하는 전원부;
상기 전원부와 광원부 사이에 직렬 연결되는 인덕터;
상기 인덕터와 광원부 사이에서 상기 광원부에 병렬로 연결되는 스위칭부; 및
상기 스위칭부의 턴-오프 후에 상기 인덕터와 스위칭부에 의해 형성된 공진회로에서 상기 스위칭부의 양단에 걸리는 공진전압이 제로인 시점에 상기 스위칭부를 턴-온 시키는 제어부를 포함하며,
상기 공진전압이 제로인 시점은 상기 스위칭부에 흐르는 전류를 기초로 결정하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 스위칭부에 흐르는 전류가 음에서 양으로 변화하는 것을 검출하여 수행하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 스위칭부는 MOSFET를 포함하며,
상기 MOSFET의 소스단자에는 저항이 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제4항에 있어서,
상기 MOSFET의 양단에 걸리는 공진전압이 제로인 시점은 상기 MOSFET의 턴-오프 후에 MOSFET의 바디 다이오드(body diode)가 역방향 바이어스로 도통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제5항에 있어서,
상기 MOSFET의 시비율(duty rate)는 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 MOSFET의 턴-오프 후에 상기 MOSFET에 흐르는 전류가 입력되고, 입력되는 MOSFET전류와 기준 입력을 비교하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제7항에 있어서,
상기 기준 입력은 그라운드 입력을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제7항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 MOSFET의 게이트 단자에 제1출력이 연결되는 제1SR 플립플롭;
상기 제1SR 플립플롭의 리셋입력에 출력이 연결되고, 상기 MOSFET의 소스단자의 전류가 제1입력으로 입력되고, 기준전류가 제2입력으로 입력되는 제1비교기;
상기 MOSFET의 소스단자에 흐르는 전류가 제2입력에 입력되고, 기준 값이 제1입력에 입력되는 제2비교기;
상기 제2비교기의 출력이 제1입력으로 입력되고, 상기 제1SR 플립플롭의 제2출력이 입력되는 AND게이트;
상기 AND게이트의 출력이 세트단자에 입력되는 제2SR 플립플롭;
상기 MOSFET의 소스단자에 흐르는 전류가 제1입력으로 입력되고, 상기 제2SR 플립플롭의 제2출력이 제2입력으로 입력되는 제3비교기를 포함하며,
상기 제3비교기의 출력은 제1SR플립플롭의 세트단자(S)에 입력되고
상기 제1SR플립플롭의 제1출력은 제2SR 플립플롭의 리셋단자 연결되는 것으로 특징으로 하는 광원 구동 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1SR 플립플롭의 제2출력과 상기 AND게이트 제2입력 사이에 블랭킹부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동 장치.
입력되는 전원에 따라 광을 발생하는 광원부, 상기 전원을 생성하는 전원부, 상기 전원부와 광원부 사이에 직렬 연결되는 인덕터, 및 상기 인덕터와 광원부 사이에서 상기 광원부에 병렬로 연결되는 스위칭부를 포함하는 광원구동장치를 구동하는 광원구동방법에 있어서,
상기 스위칭부를 턴-오프시키는 단계;
상기 스위칭부의 턴-오프 후에 상기 인덕터와 스위칭부에 의해 형성된 공진회로에서 상기 스위칭부의 양단에 걸리는 공진전압이 제로인 시점을 알아내는 단계; 및
상기 공진전압이 제로인 시점에 상기 스위칭부를 턴-온시키는 단계를 포함하며,
상기 공진전압이 제로인 시점은 상기 스위칭부에 흐르는 전류를 기초로 결정하는 것을 특징으로 하는 광원구동방법.
삭제
제11항에 있어서,
상기 공진전압이 제로인 시점은 상기 스위칭부에 흐르는 전류가 음에서 양으로 변화하는 시점인 것을 특징으로 하는 광원구동방법.
제11항에 있어서,
상기 스위칭부는 MOSFET를 포함하며,
상기 MOSFET의 소스단자에는 저항이 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 광원구동방법.
제14항에 있어서,
상기 MOSFET의 양단에 걸리는 공진전압이 제로인 시점은 상기 MOSFET의 턴-오프 후에 MOSFET의 바디 다이오드(body diode)가 역방향 바이어스로 도통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광원구동방법.
제15항에 있어서,
상기 MOSFET의 시비율(duty rate)는 0.5 이상인 것을 특징으로 하는 광원구동방법.
제14항에 있어서,
상기 MOSFET의 턴-오프 후에 상기 MOSFET에 흐르는 전류가 입력되고, 입력되는 MOSFET전류와 기준 입력을 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원구동방법.
제17항에 있어서,
상기 기준 입력은 그라운드 입력을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원구동방법.
디스플레이장치에 있어서,
영상을 처리하는 영상 처리부와;
상기 영상 처리부에 의해 처리되는 영상을 표시하는 디스플레이부와;
상기 디스플레이부에 광을 공급하는 광원과;
상기 광원으로부터 발광되는 광량을 제어하기 위하여 상기 광원을 구동하는 광원 구동부를 포함하며,
상기 광원 구동부는,
전원을 생성하는 전원부;
상기 전원부와 광원 사이에 직렬 연결되는 인덕터;
상기 인덕터와 광원 사이에서 상기 광원에 병렬로 연결되는 스위치; 및
상기 스위치의 턴-오프 후에 상기 인덕터와 스위치에 의해 형성된 공진회로에서 상기 스위치의 양단에 걸리는 공진전압이 제로인 시점에 상기 스위치를 턴-온 시키는 제어부를 포함하며,
상기 공진전압이 제로인 시점은 상기 스위치에 흐르는 전류를 기초로 결정하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.