KR102302880B1 - 전원 스위치 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

전원 스위치 및 이를 포함하는 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1외부전원을 클램핑하여 출력하는 제1스위치 회로부; 및 상기 제1외부전원보다 낮은 제2외부전원을 그대로 출력하는 제2스위치 회로부를 포함하고, 상기 제1스위치 회로부와 상기 제2스위치 회로부는 상기 제1외부전원과 상기 제2외부전원 중 하나만 출력하기 위한 스위칭 동작을 수행하는 전원 스위치를 제공할 수 있다.

Description

전원 스위치 및 이를 포함하는 표시장치{Power Switch and Display Device including the same}
본 발명은 전원 스위치 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
정보화 기술이 발달함에 따라 사용자와 정보간의 연결 매체인 표시장치의 시장이 커지고 있다. 이에 따라, 발광표시장치(Light Emitting Display Device: LED), 양자점표시장치(Quantum Dot Display Device; QDD), 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD) 등과 같은 표시장치의 사용이 증가하고 있다.
통상적으로, 표시장치는 서브 픽셀들을 포함하는 표시패널, 표시패널을 구동하는 구동 신호를 출력하는 구동부 및 표시패널 또는 구동부에 공급할 전원을 생성하고 출력하는 전원 공급부 등을 포함한다.
앞서 설명한 표시장치 중 일부는 노트북, 동영상 플레이어, 스마트폰 등과 같은 휴대용 표시장치로 구현될 수 있다. 휴대용 표시장치는 변환기 또는 배터리 등을 통해 전원을 공급받을 수 있다. 휴대용 표시장치는 구동 안정성을 확보하기 위해 변환기 또는 배터리와 같은 외부전원을 안정적으로 공급(또는 선택)할 수 있는 회로가 필요하다.
본 발명은 외부로부터 이종의 전원이 동시에 인가될 때 양자 간에 발생할 수 있는 전류 누설 패스를 차단면서 하나의 전원을 안정적으로 공급(선택)할 수 있는 전원 스위치 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제 해결 수단으로 본 발명은 제1외부전원을 클램핑하여 출력하는 제1스위치 회로부; 및 상기 제1외부전원보다 낮은 제2외부전원을 그대로 출력하는 제2스위치 회로부를 포함하고, 상기 제1스위치 회로부와 상기 제2스위치 회로부는 상기 제1외부전원과 상기 제2외부전원 중 하나만 출력하기 위한 스위칭 동작을 수행하는 전원 스위치를 제공할 수 있다.
상기 제2스위치 회로부는 상기 제2외부전원과 더불어 상기 제1외부전원이 동시에 인가될 경우, 상기 제2외부전원을 우선 출력하기 위해 상기 제1스위치 회로부의 동작을 정지시킬 수 있다.
상기 제1스위치 회로부는 상기 제1외부전원을 클램핑하여 출력하기 위해 기준전압에 대응하여 동작하는 제1고전원용 트랜지스터와, 상기 제2스위치 회로부로부터 공급된 제어신호에 대응하여 상기 제1고전원용 트랜지스터의 동작을 제어하는 제2고전원용 트랜지스터와, 상기 제1고전원용 트랜지스터에 의해 클램핑된 제1외부전원을 출력함과 더불어 역방향 전류를 차단하는 제1전원 출력 회로를 포함할 수 있다.
상기 제2스위치 회로부는 상기 제2외부전원의 모니터링 결과에 대응하여 동작하는 제1중전원용 트랜지스터와, 상기 제1중전원용 트랜지스터에 대응하여 동작하며 상기 제2외부전원을 그대로 출력함과 더불어 역방향 전류를 차단하는 제2전원 출력 회로를 포함할 수 있다.
상기 제2스위치 회로부는 상기 제1스위치 회로부의 동작을 정지시키는 제어신호를 지연하여 출력하기 위한 지연 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 제1전원 출력 회로는 수동소자를 기반으로 역방향 전류를 차단하고, 상기 제2전원 출력 회로는 능동소자와 수동소자의 조합으로 역방향 전류를 차단할 수 있다.
상기 제2전원 출력 회로는 적어도 두 개의 p 타입 트랜지스터와 적어도 하나의 저항기를 포함할 수 있다.
상기 제1스위치 회로부는 상기 제1외부전원이 클램핑됨에 따른 드랍분을 보충 및 보상하기 위한 차지 펌프 회로를 더 포함하고, 상기 차지 펌프 회로는 수동소자 또는 능동소자와 수동소자의 조합으로 역방향 전류를 차단할 수 있다.
상기 제1스위치 회로부는 상기 제1외부전원이 클램핑됨에 따른 드랍분을 보충 및 보상하기 위한 차지 펌프 회로를 더 포함하고, 상기 제1전원 출력 회로와 상기 차지 펌프 회로는 p 타입 트랜지스터, n 타입 트랜지스터 및 저항기의 조합으로 역방향 전류를 차단할 수 있다.
다른 측면에서 본 발명은 영상을 표시하는 표시패널; 상기 표시패널을 구동하는 구동부; 및 상기 표시패널 및 상기 구동부 중 적어도 하나를 구동하기 위한 전원을 출력하는 전원 공급부를 포함하고, 상기 전원 공급부는 제1외부전원을 클램핑하여 출력하는 제1스위치 회로부와 상기 제1외부전원보다 낮은 제2외부전원을 그대로 출력하는 제2스위치 회로부를 포함하고, 상기 제1스위치 회로부와 상기 제2스위치 회로부는 둘 중 하나만 외부전원을 출력하기 위한 출력 동작을 수행하는 표시장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 외부로부터 이종의 전원이 동시에 인가되면 이들 중 상대적으로 낮은 레벨의 전원만 출력(자동 통과)하고 높은 레벨의 전원을 미출력(자동 정지)할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 이종의 전원 중 상대적으로 낮은 레벨의 전원이 설정된 동작 전원보다 낮은 경우(동작 전원까지 상승하지 않은 경우) 장치의 안정적인 동작을 위해 출력을 정지시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 이종의 전원 중 어느 한쪽이 전원 출력을 위해 동작할 경우 동작하지 않는 다른 한쪽으로 전류 누설을 유발하는 패스가 형성되지 않도록 차단할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 클램핑 동작에 따른 드랍분을 보충 및 보상하여 전원을 안정적으로 공급 및 장치를 안정적으로 구동할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 표시장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전원 스위치의 블록도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 전원 스위치의 기능을 설명하기 위한 블록도이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전원 스위치의 구성을 간략히 나타낸 블록도이고, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 전원 스위치의 회로 구성 예시도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 전원 스위치의 회로 구성 예시도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 전원 스위치의 회로 구성 예시도이다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 전원 스위치의 회로 구성 예시도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나의 동작에 따른 입출력 파형을 보여주는 시뮬레이션 결과들이다.
본 발명에 따른 표시장치는 발광표시장치(Light Emitting Display Device: LED), 양자점표시장치(Quantum Dot Display Device; QDD), 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD) 등으로 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 표시장치는 노트북, 동영상 플레이어, 스마트폰 등과 같은 휴대용 표시장치로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
아울러, 이하에서 설명되는 트랜지스터는 p 타입 트랜지스터와 n 타입 트랜지스터를 포함하는 것을 일례로 설명한다. 트랜지스터는 게이트(gate), 소스(source) 및 드레인(drain)을 포함한 3 전극 소자이다. 소스는 캐리어(carrier)를 트랜지스터에 공급하는 전극이다. 트랜지스터 내에서 캐리어는 소스로부터 흐르기 시작한다. 드레인은 트랜지스터에서 캐리어가 외부로 나가는 전극이다. 즉, 트랜지스터에서 캐리어의 흐름은 소스로부터 드레인으로 흐른다.
p 타입 트랜지스터의 경우, 캐리어가 정공(hole)이기 때문에 소스로부터 드레인으로 정공이 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 높다. p 타입 트랜지스터에서 정공이 소스로부터 드레인 쪽으로 흐르기 때문에 전류가 소스로부터 드레인 쪽으로 흐른다. 이와 달리, n 타입 트랜지스터의 경우, 캐리어가 전자(electron)이기 때문에 소스에서 드레인으로 전자가 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 낮은 전압을 가진다. n 타입 트랜지스터에서 전자가 소스로부터 드레인 쪽으로 흐르기 때문에 전류의 방향은 드레인으로부터 소스 쪽으로 흐른다. 그러나 트랜지스터의 소스와 드레인은 인가된 전압에 따라 변경될 수 있다. 이를 반영하여, 이하의 설명에서는 소스와 드레인 중 어느 하나를 제1전극, 소스와 드레인 중 나머지 하나를 제2전극으로 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 표시장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 휴대용 표시장치는 스마트폰(a)이나 노트북(b) 등으로 구현될 수 있다. 스마트폰(a)이나 노트북(b) 등과 같은 휴대용 표시장치는 영상 공급부(110), 타이밍 제어부(120), 스캔 구동부(130), 데이터 구동부(140), 표시패널(150) 및 전원 공급부(180) 등을 포함할 수 있다.
영상 공급부(110)(또는 호스트시스템)는 외부로부터 공급된 영상 데이터신호 또는 내부 메모리에 저장된 영상 데이터신호와 더불어 각종 구동신호를 출력할 수 있다. 영상 공급부(110)는 데이터신호와 각종 구동신호를 타이밍 제어부(120)에 공급할 수 있다.
타이밍 제어부(120)는 스캔 구동부(130)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호(GDC), 데이터 구동부(140)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호(DDC) 및 각종 동기신호(수직 동기신호인 Vsync, 수평 동기신호인 Hsync) 등을 출력할 수 있다.
스캔 구동부(130)는 타이밍 제어부(120)로부터 공급된 게이트 타이밍 제어신호(GDC) 등에 응답하여 스캔라인들(GL1~GLm)에 공급할 스캔신호(또는 스캔전압)를 출력할 수 있다.
데이터 구동부(140)는 타이밍 제어부(120)로부터 공급된 데이터 타이밍 제어신호(DDC) 등에 응답하여 데이터라인들(DL1~DLn)에 공급할 데이터전압을 출력할 수 있다.
전원 공급부(180)는 가정용 콘센트 또는 배터리를 통해 전원을 공급받고 타이밍 제어부(120), 스캔 구동부(130), 데이터 구동부(140) 및/또는 표시패널(150) 등에 공급하기 위한 전원(VDD)을 생성 및 출력할 수 있다.
앞서 설명한 휴대용 표시장치는 구동 안정성을 확보하기 위해 변환기 또는 배터리와 같은 외부전원을 안정적으로 공급(또는 선택)할 수 있는 전원 스위치 등의 회로가 필요하다. 이하, 전원 공급부에 포함될 수 있는 전원 스위치에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전원 스위치의 블록도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 전원 스위치의 기능을 설명하기 위한 블록도이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전원 스위치의 구성을 간략히 나타낸 블록도이고, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 전원 스위치의 회로 구성 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 전원 스위치(PWR_SW)는 제1스위치 회로부(SW1)와 제2스위치 회로부(SW2)를 포함할 수 있다. 제1실시예에 따른 전원 스위치(PWR_SW)는 외부로부터 인가된 이종의 전원 중 하나를 선택하여 출력할 수 있다.
예를 들면, 제1실시예에 따른 전원 스위치(PWR_SW)는 도 4a와 같이 외부로부터 인가된 제1외부전원(VBUS)을 선택하여 표시장치의 구동에 필요한 전원(VDD)으로 출력하거나 제2외부전원(VSYS)을 선택하여 표시장치의 구동에 필요한 전원(VDD)으로 출력할 수 있다.
또한, 제1외부전원(VBUS)은 3V ~ 20V 또는 3V ~ 24V의 전원일 수 있고, 제2외부전원(VSYS)은 5V 이하의 전원일 수 있다. 즉, 이종의 전원은 제1외부전원(VBUS) > 제2외부전원(VSYS) 관계를 가질 수 있다. 제1외부전원(VBUS)은 변환기 등으로부터 얻을 수 있고, 제2외부전원(VSYS)은 배터리 등으로부터 얻을 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
외부로부터 인가된 전원의 범위가 상기와 같음에 따라, 제1외부전원(VBUS)과 제2외부전원(VSYS)이 동시에 인가된 경우, 제1실시예에 따른 전원 스위치(PWR_SW)는 제2외부전원(VSYS)을 우선 선택하여 출력할 수있다. 즉, 제2외부전원(VSYS)의 우선 순위는 제1외부전원(VBUS)보다 높을 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 전원 스위치(PWR_SW)에 인가되는 이종의 전원은 제1외부전원(VBUS) > 제2외부전원(VSYS) 관계를 가지므로 회로의 구성 또한 다를 수 있다.
제1스위치 회로부(SW1)는 고전압 스위치 회로(High Voltage Switch), 고전압 클램프 회로(High Voltage Clamp) 및 전원 출력 회로(Leakage Path Block) 등을 포함할 수 있다. 즉, 제1스위치 회로부(SW1)는 외부로부터 인가된 제1외부전원(VBUS)을 클램핑(Clamping)하여 출력할 수 있다.
고전압 스위치 회로(High Voltage Switch)는 외부로부터 인가된 제1외부전원(VBUS)을 선택적으로 출력하는 스위치 역할을 할 수 있다. 고전압 클램프 회로(High Voltage Clamp)는 외부로부터 인가된 제1외부전원(VBUS)을 표시장치의 구동에 필요한 전원(예: 5V 이하)으로 제한(고정)하는 클램핑 역할을 할 수 있다. 전원 출력 회로(Leakage Path Block)는 각 회로부의 전원을 출력하는 역할과 더불어 제1스위치 회로부(SW1)와 제2스위치 회로부(SW2) 간에 전류 누설을 유발하는 전류 패스를 차단하는 역할(전류 누설 차단 회로)을 할 수 있다.
제2스위치 회로부(SW2)는 중전압 스위치 회로(Middle Voltage Switch) 및 전원 출력 회로(Leakage Path Block) 등을 포함할 수 있다. 즉, 제2스위치 회로부(SW2)는 외부로부터 인가된 제2외부전원(VSYS)을 그대로 출력할 수 있다.
중전압 스위치 회로(Middle Voltage Switch)는 외부로부터 인가된 제2외부전원(VSYS)을 선택적으로 출력하는 스위치 역할을 할 수 있다. 전원 출력 회로(Leakage Path Block)는 제2스위치 회로부(SW2)와 제1스위치 회로부(SW1) 간에 전류 누설을 유발하는 전류 패스를 차단하는 역할을 할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1스위치 회로부(SW1)는 제1고전원용 저항기(RB1), 제2고전원용 저항기(RB2), 고전원용 다이오드(ZD), 제1고전원용 트랜지스터(Tb1), 제2고전원용 트랜지스터(Tb2), 고전원 출력 회로(LPB1)(제1전원 출력 회로)를 포함할 수 있다.
제1고전원용 저항기(RB1)는 제1외부전원단(VBUS)에 일단이 연결되고 고전원용 다이오드(ZD)의 애노드전극과 제1고전원용 트랜지스터(Tb1)의 게이트전극에 타단이 연결될 수 있다.
제2고전원용 저항기(RB2)는 제1고전원용 저항기(RB1)의 타단과 제1고전원용 트랜지스터(Tb1)의 게이트전극에 일단이 연결되고 제2고전원용 트랜지스터(Tb2)의 제1전극에 타단이 연결될 수 있다.
고전원용 다이오드(ZD)는 제1고전원용 저항기(RB1)의 타단과 제1고전원용 트랜지스터(Tb1)의 게이트전극에 일단(캐소드전극)이 연결되고 그라운드라인(GND)에 타단(애노드전극)이 연결될 수 있다. 고전원용 다이오드(ZD)는 제너다이오드로 선택될 수 있다.
제1고전원용 트랜지스터(Tb1)는 제1고전원용 저항기(RB1)의 타단, 제2고전원용 저항기(RB2)의 일단, 고전원용 다이오드(ZD)의 일단에 게이트전극이 연결되고 제1외부전원단(VBUS)에 제1전극이 연결되고 고전원 출력 회로(LPB1)에 제2전극이 연결될 수 있다. 제1고전원용 트랜지스터(Tb1)는 내부 다이오드(캐소드전극이 VBUS에 접속)를 가지고 있고 대략 20V의 전원을 허용할 수 있는 n 타입으로 선택될 수 있다.
제2고전원용 트랜지스터(Tb2)는 제어신호라인(VT)에 게이트전극이 연결되고 제2고전원용 저항기(RB2)의 타단에 제1전극이 연결되고 그라운드라인(GND)에 제2전극이 연결될 수 있다. 제2고전원용 트랜지스터(Tb2)는 대략 20V의 전원을 허용할 수 있는 n 타입으로 선택될 수 있다.
고전원 출력 회로(LPB1)는 제1고전원용 트랜지스터(Tb1)의 제2전극에 일단이 연결되고 전원출력단(VDD)에 타단이 연결될 수 있다.
제2스위치 회로부(SW2)는 제1중전원용 저항기(RS1), 제2중전원용 저항기(RS2), 지연 회로(DLY), 제1중전원용 트랜지스터(Ts1), 중전원 출력 회로(LPB2)(제2전원 출력 회로)를 포함할 수 있다.
제1중전원용 저항기(RS1)는 제2외부전원단(VSYS)에 일단이 연결되고 제2중전원용 저항기(RS2)의 일단, 제어신호라인(VT) 및 지연 회로(DLY)의 제1단에 타단이 연결될 수 있다.
제2중전원용 저항기(RS2)는 지연 회로(DLY)의 제1단자, 제1중전원용 저항기(RS1)의 타단, 제어신호라인(VT)에 일단이 연결되고 그라운드라인(GND)에 타단이 연결될 수 있다.
지연 회로(DLY)는 제1중전원용 저항기(RS1)의 타단 및 제2중전원용 저항기(RS2)의 일단에 제1단자가 연결되고 제1중전원용 트랜지스터(Ts1)의 게이트전극에 제2단자가 연결될 수 있다. 지연 회로(DLY)는 제1스위치 회로부(SW1)와 제2스위치 회로부(SW2) 간의 스위칭 동작 시 양쪽의 전원이 섞이는 오류를 방지하기 위해 제어신호라인(VT)을 통해 출력되는 제어신호를 지연하여 출력할 수 있다. 지연 회로(DLY)는 RC 구조(저항과 정전용량에 따른 시정수 제어 가능 회로)나 카운터 등과 같은 회로로 구현될 수 있다.
제1중전원용 트랜지스터(Ts1)는 지연 회로(DLY)의 제2단자에 게이트전극이 연결되고 중전원 출력 회로(LPB2)의 제2단자에 제1전극이 연결되고 그라운드라인(GND)에 제2전극이 연결될 수 있다.
중전원 출력 회로(LPB2)는 제2외부전원단(VSYS)에 제1단자가 연결되고 제1중전원용 트랜지스터(Ts1)의 제1전극에 제2단자가 연결되고 전원출력단(VDD)에 제3단자가 연결될 수 있다.
이하, 제1스위치 회로부(SW1)와 제2스위치 회로부(SW2)를 구성하는 회로들의 기능 및 동작에 대해 설명한다.
제1고전원용 트랜지스터(Tb1)는 제1고전원용 저항기(RB1)와 고전원용 다이오드(ZD) 사이에 걸린 기준전압(Vref)을 기반으로 동작할 수 있다. 제1고전원용 트랜지스터(Tb1)는 기준전압(Vref)을 기반으로 제1외부전원(VBUS)을 표시장치의 구동에 필요한 전원으로 제한(고정)하는 클램핑(Clamping) 동작을 할 수 있다. 제1고전원용 트랜지스터(Tb1)는 소스 팔로워(source flower) 구조의 증폭기(Amplifier)로서 기준전압(Vref) 이상의 출력이 발생하지 않도록 제한하게 된다.
제2고전원용 트랜지스터(Tb2)는 제어신호라인(VT)을 통해 인가된 제어신호를 기반으로 동작할 수 있다. 제2고전원용 트랜지스터(Tb2)는 제어신호라인(VT)을 통해 인가된 제어신호를 기반으로 제1스위치 회로부(SW1)의 출력을 정지시키는 동작을 할 수 있다.
제1중전원용 저항기(RS1)와 제2중전원용 저항기(RS2)는 제2외부전원(VSYS)의 정상적인 인가 여부를 모니터링(저항 분배로 VSYS 모니터링) 하는 역할을 할 수 있다. 제2외부전원(VSYS)이 낮게 인가되면, 표시장치의 정상 동작이 어려울 수 있으므로 UVLO(Under Voltage Lock Out) 이상의 전원을 유효 전원으로 판단할 필요가 있다. 따라서, 모니터링 역할을 하는 저항기들(RS1, RS2)은 장치의 안정적인 동작이 가능하게 하기 위해 유효 전원에 해당하는 전원이 인가되었을 때를 모니터링하고 제1중전원용 트랜지스터(Ts1)의 동작을 유도할 수 있다. 예컨대, 제2외부전원(VSYS)이 UVLO에 해당하면 제2스위치 회로부(SW2)는 동작(턴온)하지만 제1스위치 회로부(SW1)는 미동작(턴오프)할 수 있다.
지연 회로(DLY)는 제1중전원용 트랜지스터(Ts1)를 구동하기 위한 전압을 출력함과 동시에 제1스위치 회로부(SW1)와 제2스위치 회로부(SW2) 간의 선택적인 동작 시, 양쪽의 출력단을 통해 전압이 동시에 출력되는 출력 오류를 방지하는 역할을 할 수 있다.
예컨대, 제2스위치 회로부(SW2)가 동작할 때, 양쪽의 출력단을 통해 전압이 동시에 출력되는 출력 오류를 방지하기 위해 제1스위치 회로부(SW1)의 동작은 차단되어야 한다. 제2스위치 회로부(SW2)가 동작할 경우, 제2고전원용 트랜지스터(Tb2)는 지연 회로(DLY)로부터 출력된 제어신호에 대응하여 턴온될 수 있다. 제2고전원용 트랜지스터(Tb2)가 턴온되면, 기준전압(Vref)은 그라운드라인(GND)을 통해 방전될 수 있다. 기준전압(Vref)이 그라운드라인(GND)을 통해 방전되면, 제1고전원용 트랜지스터(Tb1)는 턴오프되고 제1스위치 회로부(SW1)의 출력은 차단될 수 있다.
앞서 설명하였듯이, 제2스위치 회로부(SW2)의 우선 순위가 높기 때문에 제1스위치 회로부(SW1)와 제2스위치 회로부(SW2)를 통해 이종의 전원이 인가되더라도 상기와 같은 동작에 의해 양쪽의 출력단을 통해 전압이 동시에 출력되는 출력 오류는 방지된다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 전원 스위치의 회로 구성 예시도이다.
도 7에서 설명되는 제2실시예에 따른 전원 스위치는 제1실시예 대비 고전원 출력 회로(LPB1)와 중전원 출력 회로(LPB2)가 구체화되는 점만 다르므로 설명의 중복을 피하기 위해 이와 관련된 부분에 대해서만 설명한다. (나머지는 제1실시예 참고)
도 7에 도시된 바와 같이, 제1스위치 회로부(SW1)의 고전원 출력 회로(LPB1)는 클램핑된 제1외부전원(VBUS)을 출력함과 더불어 제2스위치 회로부(SW2)의 출력단으로부터 통해 넘어오는 전압이나 전류를 차단할 수 있는 쇼트키 배리어 다이오드(Schottky Barrier Diode; SBD)를 포함할 수 있다. 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)는 제1고전원용 트랜지스터(Tb1)의 제2단자에 애노드전극이 연결되고 전원출력단(VDD)에 캐소드전극이 연결될 수 있다.
그리고 제2스위치 회로부(SW2)의 중전원 출력 회로(LPB2)는 제2외부전원(VSYS)을 출력함과 더불어 제1스위치 회로부(SW1)의 출력단으로부터 넘어오는 전압이나 전류를 차단할 수 있는 백투백 트랜지스터들(Ts2, Ts3)과 제3중전원용 저항기(RS3)를 포함할 수 있다. 백투백 트랜지스터들(Ts2, Ts3)은 내부 다이오드(Ts2는 애노드전극이 VBUS에 접속되고, Ts3은 애노드전극이 VDD에 접속)를 가지고 있고 대략 5V의 전원을 허용할 수 있는 p 타입으로 선택될 수 있다.
제1백투백 트랜지스터(Ts2)는 제1중전원용 트랜지스터(Ts1)의 제1전극에 게이트전극이 연결되고 제2외부전원단(VSYS)에 제1전극이 연결되고 제2백투백 트랜지스터(Ts3)의 제1전극에 제2전극이 연결될 수 있다.
제2백투백 트랜지스터(Ts3)는 제1중전원용 트랜지스터(Ts1)의 제1전극에 게이트전극이 연결되고 제1백투백 트랜지스터(Ts2)의 제2전극에 제2전극이 연결되고 전원출력단(VDD)에 제1전극이 연결될 수 있다.
제3중전원용 저항기(RS3)는 제1백투백 트랜지스터(Ts2)의 게이트전극, 제2백투백 트랜지스터(Ts3)의 게이트전극 및 제1중전원용 트랜지스터(Ts1)의 제1전극에 일단이 연결되고 제1백투백 트랜지스터(Ts2)의 제2전극과 제2백투백 트랜지스터(Ts3)의 제1전극에 타단이 연결될 수 있다.
제2스위치 회로부(SW2)의 중전원 출력 회로(LPB2)는 p 타입으로 선택되고 동일한 전극이 제3중전원용 저항기(RS3)를 통해 공통으로 접속된 백투백 구조(Ts2에 포함된 다이오드의 캐소드전극과 Ts3에 포함된 다이오드의 캐소드전극 접속)의 트랜지스터들(Ts1, Ts2)을 갖는다. 이에 따라, 제1중전원용 트랜지스터(Ts1)가 턴온되면, 이에 대응하여 제1백투백 트랜지스터(Ts2)와 제2백투백 트랜지스터(Ts3)가 턴온되어 제2외부전원(VSYS)이 전원출력단(VDD)을 통해 출력되지만, 제1스위치 회로부(SW1)의 출력단으로부터 넘어오는 전압이나 전류는 차단(Ts2의 다이오드에 의한 역방향 전류/전압 차단)될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 전원 스위치의 회로 구성 예시도이다.
도 8에서 설명되는 제3실시예에 따른 전원 스위치는 제2실시예 대비 제1스위치 회로부(SW1) 내에 차지펌프 회로(CPC)가 더 포함되는 점만 다르므로 설명의 중복을 피하기 위해 이와 관련된 부분에 대해서만 설명한다. (나머지는 제2실시예 참고)
도 8에 도시된 바와 같이, 제1스위치 회로부(SW1)는 제1외부전원단(VBUS)과 전원출력단(VDD) 사이에 배치된 차지펌프 회로(CPC)를 더 포함할 수 있다. 차지펌프 회로(CPC)는 제1외부전원(VBUS)의 클램핑에 따른 드랍분을 보충 및 보상(Tb1의 클램핑 동작으로 인하여 출력전압이 낮아질 경우의 보상)하는 역할을 할 수 있다.
차지펌프 회로(CPC)는 제1차지펌프용 트랜지스터(Tc1), 차지펌프 제어회로(Charge Pump) 및 제2쇼트키 배리어 다이오드(SBD2)를 포함할 수 있다. 차지펌프 회로(CPC)는 차지펌프 제어회로(Charge Pump)로부터 출력된 차지펌프 구동신호에 대응하여 동작할 수 있다.
제1차지펌프용 트랜지스터(Tc1)는 차지펌프 제어회로(Charge Pump)의 제1단자에 게이트전극이 연결되고 제1외부전원단(VBUS)에 제1전극이 연결되고 제2쇼트키 배리어 다이오드(SBD2)의 애노드전극에 제2전극이 연결될 수 있다. 제1차지펌프용 트랜지스터(Tc1)는 내부 다이오드(캐소드전극이 VBUS에 접속)를 가지고 있고 대략 20V의 전원을 허용할 수 있는 n 타입으로 선택될 수 있다.
차지펌프 제어회로(Charge Pump)는 제1차지펌프용 트랜지스터(Tc1)의 게이트전극에 제1단자가 연결되고 차지펌프 활성화신호라인(EN_CP)에 제2단자가 연결될 수 있다. 차지펌프 제어회로(Charge Pump)는 차지펌프 활성화신호라인(EN_CP)을 통해 차지펌프 활성화신호가 인가되면, 제1차지펌프용 트랜지스터(Tc1)를 동작시킬 수 있는 차지펌프 구동신호를 출력할 수 있다.
제2쇼트키 배리어 다이오드(SBD2)는 제1차지펌프용 트랜지스터(Tc1)의 제2전극에 애노드전극이 연결되고 전원출력단(VDD)에 캐소드전극이 연결될 수 있다. 제2쇼트키 배리어 다이오드(BD2)는 제1스위치 회로부(SW1) 내에 포함된 제1고전원용 트랜지스터(Tb1)의 출력 패스와 제1차지펌프용 트랜지스터(Tc1)의 출력 패스를 물리적/전기적으로 분리하는 역할과 더불어 전류 누설을 차단하는 역할을 할 수 있다. 제2쇼트키 배리어 다이오드(SBD2)는 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)와 동일한 전기적 특성을 가질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 전원 스위치의 회로 구성 예시도이다.
도 9에서 설명되는 제4실시예에 따른 전원 스위치는 제3실시예 대비 제1스위치 회로부(SW1) 내에 포함된 출력 회로의 구성만 다르므로 설명의 중복을 피하기 위해 이와 관련된 부분에 대해서만 설명한다. (나머지는 제3실시예 참고)
도 9에 도시된 바와 같이, 제1스위치 회로부(SW1)는 제1고전원용 트랜지스터(Tb1)의 출력 패스와 제1차지펌프용 트랜지스터(Tc1)의 출력 패스에 능동소자(Tp1, Tp2, Tt1, Tt2)와 수동소자(Rp1, Rp2)의 조합으로 이루어진 출력 회로가 포함될 수 있다.
제1고전원용 트랜지스터(Tb1)의 출력 패스에 포함된 출력 회로는 제1트랜지스터(Tp1), 제2트랜지스터(Tt1) 및 제1저항기(Rp1)를 포함할 수 있다. 제1트랜지스터(Tp1)는 내부 다이오드(캐소드전극이 VDD에 접속)를 갖는 p 타입으로 선택되고 제2트랜지스터(Tt1)는 n 타입으로 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제1트랜지스터(Tp1)는 제2트랜지스터(Tt1)의 제1전극에 게이트전극이 연결되고 제1고전원용 트랜지스터(Tb1)의 제2전극에 제1전극이 연결되고 전원출력단(VDD)에 제2전극이 연결될 수 있다.
제2트랜지스터(Tt1)는 반전제어신호라인(/VT)(또는 인버터를 거친 제어신호라인)에 게이트전극이 연결되고 제1트랜지스터(Tp1)의 게이트전극에 제1전극이 연결되고 전원출력단(VDD)에 제2전극이 연결될 수 있다.
제1저항기(Rp1)는 제1트랜지스터(Tp1)의 게이트전극과 제2트랜지스터(Tt1)의 제1전극에 일단이 연결되고 제1트랜지스터(Tp1)의 제2전극과 전원출력단(VDD)에 타단이 연결될 수 있다.
제2트랜지스터(Tt1)는 반전제어신호라인(/VT)(또는 인버터를 거친 제어신호라인)에 게이트전극이 연결되어 있으므로 제2고전원용 트랜지스터(Tb2)와 반대되는 동작을 할 수 있다. 그리고 제2트랜지스터(Tt1)가 턴온되면, 제1트랜지스터(Tp1) 또한 턴온될 수 있다.
따라서, 제2스위치 회로부(SW2)가 전원 출력 동작을 하게 되면, 제2고전원용 트랜지스터(Tb2)는 턴온되고 제1고전원용 트랜지스터(Tb1)는 턴오프될 수 있다. 그리고 제1트랜지스터(Tp1)와 제2트랜지스터(Tt1)는 제2고전원용 트랜지스터(Tb2)와 반대되는 동작을 하게 되어 턴오프될 수 있다. 그 결과, 제2스위치 회로부(SW2)의 전원 출력 동작 시, 제1스위치 회로부(SW1)는 전원을 미출력(자동 정지)할 수 있다. 또한, 제1트랜지스터(Tp1)와 제2트랜지스터(Tt1)가 모두 턴오프 상태를 유지하므로 전류 누설을 유발하는 전류 패스는 차단될 수 있다.
그러나 제1스위치 회로부(SW1)가 전원 출력 동작을 할 경우, 제1트랜지스터(Tp1)와 제2트랜지스터(Tt1) 모두 턴온 상태를 유지하므로 고전원 출력 회로(LPB1)는 클램핑된 제1외부전원(VBUS)을 출력할 수 있다.
제1차지펌프용 트랜지스터(Tc1)의 출력 패스에 포함된 출력 회로는 제3트랜지스터(Tp2), 제4트랜지스터(Tt2) 및 제2저항기(Rp2)를 포함할 수 있다. 제3트랜지스터(Tp2)는 내부 다이오드(캐소드전극이 VDD에 접속)를 갖는 p 타입으로 선택되고 제4트랜지스터(Tt2)는 n 타입으로 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
제3트랜지스터(Tp2)는 제4트랜지스터(Tt2)의 제1전극에 게이트전극이 연결되고 제1차지펌프용 트랜지스터(Tc1)의 제2전극에 제1전극이 연결되고 전원출력단(VDD)에 제2전극이 연결될 수 있다.
제4트랜지스터(Tt2)는 차지펌프 활성화신호라인(EN_CP)에 게이트전극이 연결되고 제3트랜지스터(Tp2)의 게이트전극에 제1전극이 연결되고 전원출력단(VDD)에 제2전극이 연결될 수 있다.
제2저항기(Rp2)는 제3트랜지스터(Tp2)의 게이트전극과 제4트랜지스터(Tt2)의 제1전극에 일단이 연결되고 제3트랜지스터(Tp2)의 제2전극과 전원출력단(VDD)에 타단이 연결될 수 있다.
제4트랜지스터(Tt2)는 차지펌프 활성화신호라인(EN_CP)에 게이트전극이 연결되어 있으므로 제1차지펌프용 트랜지스터(Tc1)와 함께(동시에) 턴온 동작을 할 수 있다. 그리고 제4트랜지스터(Tt2)가 턴온되면, 제3트랜지스터(Tp2) 또한 턴온될 수 있다.
따라서, 제1스위치 회로부(SW1)의 전원 출력 동작시, 드랍분을 보충 및 보상하기 위해 차지펌프 활성화신호라인(EN_CP)을 통해 차지펌프 활성화신호가 인가되면, 제1차지펌프용 트랜지스터(Tc1)와 제4트랜지스터(Tt2)는 턴온될 수 있다. 그 결과, 제1스위치 회로부(SW1)의 전원 출력 동작 시, 차지펌프 회로(CPC)는 제1차지펌프용 트랜지스터(Tc1), 제3트랜지스터(Tp2) 및 제4트랜지스터(Tt2)의 턴온에 의해 제1외부전원(VBUS)을 보충 및 보상할 수 있다.
그러나 제1스위치 회로부(SW1)가 전원 출력 동작을 하지 않거나 보충 및 보상 동작을 하지 않을 경우,제3트랜지스터(Tp2) 및 제4트랜지스터(Tt2) 모두 턴오프 상태를 유지하므로 전류 누설을 유발하는 전류 패스는 차단될 수 있다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나의 동작에 따른 입출력 파형을 보여주는 시뮬레이션 결과들이다.
도 10의 제1사례는 23V의 제1외부전원(VBUS)이 인가되고, 5V의 제2외부전원(VSYS)이 인가되는 것을 일례로 한다. 도 10을 참고하면 알 수 있듯이, 제2외부전원(VSYS)이 5V까지 상승하기 전에는 제1스위치 회로부의 고전압 스위치 회로(High Voltage Switch)와 고전압 클램프 회로(High Voltage Clamp)가 동작한다. 이때, 제1외부전원(VBUS)은 충분히 높지 않고 고전압 클램프 회로(High Voltage Clamp)에 의한 클램핑 동작의 영향으로 5V보다 낮게 출력된다.
그러나 제2외부전원(VSYS)이 5V까지 상승한 이후부터 중전압 스위치 회로(Mid-Voltage Switch)로 동작 구간이 스위칭(수직 방향의 점선 참고)됨에 따라 전원출력단(VDD)을 통해 5V가 안정적으로 출력되는 것을 볼 수 있다. 또한, 중전원용 지연 회로에 의해 양쪽의 전원이 섞이는 오류 없이 구분되는 것(수직 방향의 점선의 VDD의 흐름 참고) 또한 볼 수 있다.
도 11의 제2사례 또한 23V의 제1외부전원(VBUS)이 인가되고, 5V의 제2외부전원(VSYS)이 인가되는 것을 일례로 한다. 도 11을 참고하면 알 수 있듯이, 제1외부전원(VBUS)이 충분하진 않지만 높기 때문에 제1스위치 회로부의 고전압 스위치 회로(High Voltage Switch)와 고전압 클램프 회로(High Voltage Clamp)가 동작한다.
그러나 제2외부전원(VSYS)이 5V까지 상승한 이후부터 중전압 스위치 회로(Mid-Voltage Switch)로 동작 구간이 스위칭(수직 방향의 점선 참고)됨에 따라 전원출력단(VDD)을 통해 5V가 안정적으로 출력되는 것을 볼 수 있다. 또한, 중전원용 지연 회로에 의해 양쪽의 전원이 섞이는 오류 없이 구분되는 것(수직 방향의 점선의 VDD의 흐름 참고) 또한 볼 수 있다.
도 12의 제3사례는 차지펌프 회로를 동작시켜 제1외부전원(VBUS)의 클램핑에 따른 드랍분을 보충 및 보상하는 것을 일례로 한다. 도 12를 참고하면 알 수 있듯이, 5V의 제1외부전원(VBUS)이 인가될 때, 제1스위치 회로부의 고전압 스위치 회로(High Voltage Switch) 등의 동작에 의해 전원출력단(VDD)을 통해 5V가 출력되지 않고 드랍되는 것을 볼 수 있다.
그러나 차지펌프 활성화신호(EN_CP)가 로직로우에서 로직하이로 전환된 이후, 차지펌프 회로(Charge Pump)가 동작하게 됨에 따라 제1외부전원(VBUS)의 드랍분이 보충 및 보상되고 이후 전원출력단(VDD)을 통해 5V가 출력되는 것을 볼 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 따른 전원 스위치는 외부로부터 이종의 전원이 동시에 인가되면 이들 중 상대적으로 낮은 레벨의 전원만 출력(자동 통과)하고 높은 레벨의 전원을 미출력(자동 정지)할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 전원 스위치는 이종의 전원 중 상대적으로 낮은 레벨의 전원이 설정된 동작 전원보다 낮은 경우(동작 전원까지 상승하지 않은 경우) 장치의 안정적인 동작을 위해 출력을 정지시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 전원 스위치는 이종의 전원 중 어느 한쪽이 전원 출력을 위해 동작할 경우 동작하지 않는 다른 한쪽으로 전류 누설을 유발하는 패스가 형성되지 않도록 차단할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 전원 스위치는 클램핑 동작에 따른 드랍분을 보충 및 보상하여 전원을 안정적으로 공급 및 장치를 안정적으로 구동할 수 있는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
SW1: 제1스위치 회로부 SW2: 제2스위치 회로부
RB1: 제1고전원용 저항기 RB2: 제2고전원용 저항기
ZD: 고전원용 다이오드 Tb1: 제1고전원용 트랜지스터
Tb2: 제2고전원용 트랜지스터 LPB1: 고전원 출력 회로
RS1: 제1중전원용 저항기 RS2: 제2중전원용 저항기
DLY: 지연 회로 Ts1:제1중전원용 트랜지스터
LPB2: 중전원 출력 회로 PWR_SW: 전원 스위치

Claims (10)

  1. 제1외부전원을 클램핑하여 출력하는 제1스위치 회로부; 및
    상기 제1외부전원보다 낮은 제2외부전원을 그대로 출력하는 제2스위치 회로부를 포함하고,
    상기 제1스위치 회로부와 상기 제2스위치 회로부는 상기 제1외부전원과 상기 제2외부전원 중 하나만 출력하기 위한 스위칭 동작을 수행하고,
    상기 제1스위치 회로부는
    상기 제1외부전원을 클램핑하여 출력하기 위해 기준전압에 대응하여 동작하는 제1고전원용 트랜지스터와,
    상기 제2스위치 회로부로부터 공급된 제어신호에 대응하여 상기 제1고전원용 트랜지스터의 동작을 제어하는 제2고전원용 트랜지스터와,
    상기 제1고전원용 트랜지스터에 의해 클램핑된 제1외부전원을 출력함과 더불어 역방향 전류를 차단하는 제1전원 출력 회로를 포함하는 전원 스위치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2스위치 회로부는 상기 제2외부전원과 더불어 상기 제1외부전원이 동시에 인가될 경우, 상기 제2외부전원을 우선 출력하기 위해 상기 제1스위치 회로부의 동작을 정지시키는 전원 스위치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2스위치 회로부는
    상기 제2외부전원의 모니터링 결과에 대응하여 동작하는 제1중전원용 트랜지스터와,
    상기 제1중전원용 트랜지스터에 대응하여 동작하며 상기 제2외부전원을 그대로 출력함과 더불어 역방향 전류를 차단하는 제2전원 출력 회로를 포함하는 전원 스위치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2스위치 회로부는
    상기 제1스위치 회로부의 동작을 정지시키는 제어신호를 지연하여 출력하기 위한 지연 회로를 더 포함하는 전원 스위치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1전원 출력 회로는 수동소자를 기반으로 역방향 전류를 차단하고,
    상기 제2전원 출력 회로는 능동소자와 수동소자의 조합으로 역방향 전류를 차단하는 전원 스위치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2전원 출력 회로는
    적어도 두 개의 p 타입 트랜지스터와 적어도 하나의 저항기를 포함하는 전원 스위치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1스위치 회로부는
    상기 제1외부전원이 클램핑됨에 따른 드랍분을 보충 및 보상하기 위한 차지 펌프 회로를 더 포함하고,
    상기 차지 펌프 회로는 수동소자 또는 능동소자와 수동소자의 조합으로 역방향 전류를 차단하는 전원 스위치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1스위치 회로부는
    상기 제1외부전원이 클램핑됨에 따른 드랍분을 보충 및 보상하기 위한 차지 펌프 회로를 더 포함하고,
    상기 제1전원 출력 회로와 상기 차지 펌프 회로는
    p 타입 트랜지스터, n 타입 트랜지스터 및 저항기의 조합으로 역방향 전류를 차단하는 전원 스위치.
  10. 영상을 표시하는 표시패널;
    상기 표시패널을 구동하는 구동부; 및
    상기 표시패널 및 상기 구동부 중 적어도 하나를 구동하기 위한 전원을 출력하는 전원 공급부를 포함하고,
    상기 전원 공급부는
    제1외부전원을 클램핑하여 출력하는 제1스위치 회로부와 상기 제1외부전원보다 낮은 제2외부전원을 그대로 출력하는 제2스위치 회로부를 포함하고,
    상기 제1스위치 회로부와 상기 제2스위치 회로부는 둘 중 하나만 외부전원을 출력하기 위한 출력 동작을 수행하고,
    상기 제1스위치 회로부는
    상기 제1외부전원을 클램핑하여 출력하기 위해 기준전압에 대응하여 동작하는 제1고전원용 트랜지스터와,
    상기 제2스위치 회로부로부터 공급된 제어신호에 대응하여 상기 제1고전원용 트랜지스터의 동작을 제어하는 제2고전원용 트랜지스터와,
    상기 제1고전원용 트랜지스터에 의해 클램핑된 제1외부전원을 출력함과 더불어 역방향 전류를 차단하는 제1전원 출력 회로를 포함하는 표시장치.
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