KR20110048309A - Llc resonant converter and display device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 LLC 공진형 변환기 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an LLC resonant converter and a display device including the same.
컴퓨터의 모니터나 TV 등에 사용되는 표시 장치(display device)에는 스스로 발광하는 발광 다이오드(light emitting diode, LED), EL(electroluminescence), 진공 형광 표시 장치(vacuum fluorescent display, VFD), 전계 발광 소자(field emission display, FED), 플라스마 표시 장치(plasma display panel, PDP) 등과 스스로 발광하지 못하고 광원을 필요로 하는 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD) 등이 있다.Display devices used in monitors and TVs of computers include light emitting diodes (LEDs), electroluminescence (EL), vacuum fluorescent displays (VFDs), and electroluminescent devices (fields). emission display (FED), plasma display panel (PDP), and the like, a liquid crystal display (LCD) that does not emit light by itself and requires a light source.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 LLC 공진형 변환기의 소신호 분석 결과를 토대로 안정적인 전압궤환 제어기를 설계하고, 더 나아가 LLC 직렬 공진형 변환기의 전압 궤환 루프에 공진 스위칭 전류의 변화를 감지하여 궤환시키는 전류 궤환 루프를 추가함으로써 빠른 응답 특성을 구현하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to design a stable voltage feedback controller based on the small signal analysis results of the LLC resonant converter, and further, to detect and feedback the change of the resonance switching current in the voltage feedback loop of the LLC series resonant converter By adding a feedback loop, we can achieve fast response.
본 발명의 제1실시예에 따르면, LLC 공진형 변환기는 스위칭 제어 신호에 따라 스위칭 동작하는 스위칭부; 상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 1차권선측의 에너지를 2차권선측에 전달하고, LLC 공진이 이루어지는 LLC 공진 탱크부; 상기 2차권선측에 접속되고, 2차권선측에 유도된 전압을 직류로 변환하는 정류평활부; 상기 정류평활부의 출력전압을 일정하게 유지하기 위해 피드백 제어를 하는 전압 보상부를 포함하고, 상기 전압 보상부는 3극점-2영점 구조인 것을 특징으로 한다.According to a first embodiment of the present invention, an LLC resonant converter includes a switching unit for switching operation according to a switching control signal; An LLC resonant tank unit configured to transfer energy from the primary winding side to the secondary winding side according to a switching operation of the switching unit and perform LLC resonance; A rectifying smoother connected to the secondary winding side and converting the voltage induced on the secondary winding side into direct current; And a voltage compensator for performing feedback control to maintain a constant output voltage of the rectifying smoother, wherein the voltage compensator has a 3-pole-2 zero structure.
본 발명의 제2실시예에 따르면, LLC 공진형 변환기는 스위칭 제어 신호에 따라 스위칭 동작하는 스위칭부;상기 스위칭부의 스위칭 동작에 따라 1차권선측의 에너지를 2차권선측에 전달하고, LLC 공진이 이루어지는 LLC 공진 탱크부;상기 2차권선측에 접속되고, 2차권선측에 유도된 전압을 직류로 변환하는 정류평활부;상기 정류평활부의 출력전압을 일정하게 유지하기 위해 피드백 제어를 하는 전압 보상부;상기 1차권선측의 공진전류를 감지하여 검출하는 전류 검출부 및 상기 전압 보상부로부터 출력된 제1제어신호 및 상기 전류 검출부로부터 출력된 제2제어신호의 합신 호에 따라 상기 스위칭부의 주파수를 조절하기 위한 스위칭 제어부를 포함한다.According to the second embodiment of the present invention, the LLC resonant converter is a switching unit for switching operation according to the switching control signal; according to the switching operation of the switching unit transfers the energy of the primary winding side to the secondary winding side, LLC resonance An LLC resonant tank unit comprising: a rectifying smoother connected to the secondary winding side and converting a voltage induced on the secondary winding side into a direct current; a voltage for controlling feedback to maintain a constant output voltage of the rectifying smoothing unit; Compensation unit; Frequency of the switching unit in accordance with the sum signal of the current detection unit for detecting and detecting the resonant current of the primary winding side and the first control signal output from the voltage compensation unit and the second control signal output from the current detection unit It includes a switching control unit for adjusting the.
이러한 특징에 따라 LLC 공진형 변환기가 모든 동작영역에서 안정적으로 작동하고 루프 이득의 충분한 위상 마진을 유지할 수 있고, 빠른 응답 속도를 구현할 수 있다.This feature allows LLC resonant transducers to operate reliably in all operating areas, maintain sufficient phase margin of loop gain, and achieve fast response speeds.
일반적인 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 구비된 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고, 전압을 변화시켜 이 전기장의 세기를 조절하고 이렇게 함으로써 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절하여 원하는 화상을 얻는다. 이때의 빛은 별도로 구비된 인공 광원일 수도 있고 자연광일 수도 있다.A general liquid crystal display device includes two display panels provided with a field generating electrode and a liquid crystal layer having dielectric anisotropy interposed therebetween. A voltage is applied to the field generating electrode to generate an electric field in the liquid crystal layer, and the voltage is changed to adjust the intensity of the electric field, thereby adjusting the transmittance of light passing through the liquid crystal layer to obtain a desired image. In this case, the light may be a separate artificial light source or natural light.
액정 표시 장치용 광원, 즉 백라이트(backlight) 장치는 광원으로서 CCFL(cold cathode fluorescent lamp)이나 EEFL(external electrode fluorescent lamp) 등과 같은 복수의 형광 램프(fluorescent lamp)나 발광 다이오드(LED, light emitting diode)를 사용한다.형광 램프를 이용할 경우, 전력 소모가 크고 발열로 인해 액정 표시 장치의 소자 특성이 나빠진다. 또한 형광 램프가 통상적으로 막대형이므로 충격에 약하여 파손의 위험이 크고, 램프 부위에 따라 온도가 일정하지 않아 부위별로 램프의 휘도가 달라지고, 그에 따라 액정 표시 장치의 화질이 떨어진다.As a light source for a liquid crystal display, that is, a backlight device, a plurality of fluorescent lamps or light emitting diodes (LEDs), such as a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) or an external electrode fluorescent lamp (EEFL), are used as a light source. In the case of using a fluorescent lamp, power consumption is high and heat generation deteriorates device characteristics of the liquid crystal display. In addition, since fluorescent lamps are typically rod-shaped, they are susceptible to shock and have a high risk of damage.
한편, 발광 다이오드의 경우 반도체 소자이므로 수명이 길고 점등 속도가 빠르며 소비 전력이 적다. 또한 충격에 강하며 소형화 및 박막화에 유리하다.On the other hand, since the light emitting diode is a semiconductor device, it has a long life, a fast lighting speed, and low power consumption. In addition, it is strong in impact and advantageous in miniaturization and thinning.
따라서 휴대 전화기 등과 같은 소형 액정 표시 장치뿐만 아니라 모니터나 텔레비전과 같은 중대형 액정 표시 장치에도 백라이트 장치의 광원으로서 발광 다이오드를 이용하는 추세이다.Therefore, a light emitting diode is used as a light source of a backlight device not only for a small liquid crystal display device such as a mobile phone but also for a medium and large liquid crystal display device such as a monitor or a television.
일반적으로, 형광 램프가 교류 전압(AC)으로 구동되는데 비하여 발광 다이오드는 직류 전압(DC)으로 구동된다. 따라서 발광 다이오드를 액정 표시 장치의 광원으로 이용하기 위해서는 교류 전압을 직류 전압으로 변환한 후, 원하는 레벨의 직류 전압을 생성하는 전원 공급 장치가 필요하다.In general, a fluorescent lamp is driven by an alternating voltage (AC), while a light emitting diode is driven by a direct current voltage (DC). Accordingly, in order to use a light emitting diode as a light source of a liquid crystal display, a power supply device that converts an AC voltage into a DC voltage and generates a DC voltage having a desired level is required.
LLC 공진형 변환기는 변압기에 존재하는 기생 성분을 이용하여 LLC 구성 소자로 활용한다는 아이디어를 통해 제품의 가격 절감뿐만 아니라 제품의 소형화에 큰 장점을 가지고 있기에 산업계에서 점차 많이 활용되는 추세이다.The LLC resonant converter is being used in the industry because it has a great advantage not only in reducing the price of the product but also in miniaturizing the product through the idea of using the parasitic component present in the transformer as the LLC component.
그러나 LLC 공진형 변환기를 넓은 입력 전압 변화와 큰 출력 전류 변화를 보이는 액정 표시 장치에 적용할 경우, 정상 상태 분석 만으로는 예상치 못한 오동작이 발생할 수 있는 불안정성을 해결할 수 없으므로, 소신호 분석을 통한 안정도 확인을 통해 전압궤환 제어기를 설계할 필요성이 있다.However, when the LLC resonant converter is applied to a liquid crystal display device showing a wide variation of input voltage and large output current, the steady state analysis alone cannot solve the instability that may cause unexpected malfunctions. There is a need to design a voltage feedback controller.
더 나아가 LLC 공진형 변환기에 전압궤환 제어방식만을 적용하는 경우, 부하 변화에 대한 응답 특성이 비교적 늦고 부하 변동에 대한 특성이 우수하지 못하여 출력 전압의 변동폭이 커지는 단점이 여전히 존재하는 문제점이 있다.Furthermore, when only the voltage feedback control method is applied to the LLC resonant converter, there is a problem in that the response characteristic of the load change is relatively slow and the variation of the output voltage is large because the characteristic of the load variation is not excellent.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 백라이트 유닛의 상세 회로도이다.1 is an exploded perspective view of a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a liquid crystal according to an embodiment of the present invention. It is an equivalent circuit diagram of one pixel of a display device. 4 is a detailed circuit diagram of a backlight unit according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 표시부(330)와 백라이트부(900)를 포함하는 액정 모듈(350), 액정 모듈(350)을 수납하는 상부 및 하부 섀시(361, 362), 그리고 몰드 프레임(363)을 포함한다.As shown in FIG. 1, a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
표시부(330)는 액정 표시판 조립체(300)와 이에 부착된 복수의 게이트 TCP(tape carrier package)(410) 및 데이터 TCP(510), 그리고 해당 TCP(410, 510)에 부착되어 있는 게이트 인쇄 회로 기판(PCB, printed circuit board)(450) 및 데이터 PCB(550)를 포함한다.The
액정 표시판 조립체(300)는 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함한다.The liquid
하부 표시판(100)은 복수의 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)을 포함하고, 하부 및 상부 표시판(100, 200)은 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)를 포함한다.The
표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G1-Gn)과 데이터 신호를 전달하는 데이터선(D1-Dm)을 포함한다. 게이트선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(D1- Dm)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.The display signal lines G 1- G n and D 1 -D m are a plurality of gate lines G 1 -G n transmitting gate signals (also called "scanning signals") and data lines D transferring data signals. 1- D m ). The gate lines G 1 -G n extend substantially in the row direction and are substantially parallel to each other, and the data lines D 1 -D m extend substantially in the column direction and are substantially parallel to each other.
각 화소는 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(CLC) 및 유지 축전기(storage capacitor)(CST)를 포함한다. 유지 축전기(CST)는 필요에 따라 생략할 수 있다.Each pixel includes a switching element Q connected to a display signal line G 1 -G n , D 1 -D m , and a liquid crystal capacitor C LC and a storage capacitor C ST connected thereto. It includes. The holding capacitor C ST can be omitted as necessary.
박막 트랜지스터 등 스위칭 소자(Q)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있으며, 삼단자 소자로서 그 제어 단자 및 입력 단자는 각각 게이트선(G1-Gn) 및 데이터선(D1-Dm)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(CLC) 및 유지 축전기(CST)에 연결되어 있다.The switching element Q, such as a thin film transistor, is provided in the
액정 축전기(CLC)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190)과 상부 표시판(200)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(190, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 화소 전극(190)은 스위칭 소자(Q)에 연결되며 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가받는다. 도 3에서와는 달리 공통 전극(270)이 하부 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 두 전극(190, 270)중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 만들어질 수 있다.The liquid crystal capacitor C LC has two terminals, the
액정 축전기(CLC)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(CST)는 하부 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(190)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해 진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(CST)는 화소 전극(190)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 게이트선과 중첩되어 이루어질 수 있다.액정 표시판 조립체(300)의 두 표시판(100, 200) 중 적어도 하나의 바깥 면에는 빛을 편광시키는 편광자(도시하지 않음)가 부착되어 있다.The storage capacitor C ST , which serves as an auxiliary part of the liquid crystal capacitor C LC , is formed by overlapping a separate signal line (not shown) and the
도 1에 도시한 것처럼, 게이트 TCP(410)는 액정 표시판 조립체(300)의 하부 표시판(100)의 한 가장자리에 부착되어 있고, 그 위에는 게이트 구동부(400)를 이루는 게이트 구동 집적 회로가 칩의 형태로 장착되어 있다. 데이터 TCP(510)는 액정 표시판 조립체(300)의 하부 표시판(100)의 다른 가장자리에 부착되어 있고, 그 위에는 데이터 구동부(500)를 이루는 데이터 구동 집적 회로가 칩의 형태로 장착되어 있다. 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500)는 TCP(410, 510)에 형성되어 있는 신호선(도시하지 않음)을 통하여 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G1-Gn) 및 데이터선(D1-Dm)에 각각 전기적으로 연결되어 있다.As shown in FIG. 1, the gate TCP 410 is attached to one edge of the
게이트 구동부(400)는 게이트 온 전압(Von)과 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G1-Gn)에 인가하며, 데이터 구동부(500)는 데이터 전압을 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.The
이와 달리 TCP를 사용하지 않고 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500)를 이루는 구동 집적 회로 칩을 표시판 위에 집적 부착할 수도 있으며(chip on glass, COG 실장 방식), 게이트 구동부(400) 또는 데이터 구동부(500)를 스위칭 소 자(Q) 및 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)과 함께 액정 표시판 조립체(300)에 직접 형성할 수도 있다.Alternatively, the integrated circuit chip that forms the
게이트 PCB(450)는 하부 표시판(100)과 나란하게 길이 방향으로 TCP(410)에 부착되어 있고, 그 위에는 신호를 전달하는 복수의 신호선(도시하지 않음)과 전자 부품 등이 형성되어 있다. 데이터 PCB(550)는 하부 표시판(100)과 나란하게 길이 방향으로 TCP(510)에 부착되어 있고, 그 위에는 신호를 전달하는 복수의 신호선(도시하지 않음)과 전자 부품 등이 형성되어 있다.The
계조 전압 생성부(800)는 화소의 투과율과 관련된 두 벌의 복수 계조 전압을 생성하여 데이터 전압으로서 데이터 구동부(500)에 제공한다. 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(Vcom)에 대하여 양의 값을 가지고 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.The
도 1, 도 2 및 도 4에 도시한 것처럼, 백라이트부(900)는 하부 섀시(362)에 수납되어 고정되고, 액정 표시판 조립체(300)의 하부에 장착되어 있는 광원부(960), 조립체(300)와 광원부(960) 사이에 위치하며 광원부(960)로부터의 빛을 처리하는 복수의 광학 기구(908), 그리고 광원부(960)에 필요한 전원 전압을 공급하는 전원 공급부(970)를 포함한다. 이때, 하부 섀시(362)는 몰드 프레임(363)에 고정된다.As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the
광원부(960)는 복수의 발광 다이오드(962)가 각각 장착되어 있는 복수의 PCB(961)를 포함한다. 각 PCB(961)는 액정 표시판 조립체(300)의 장축 방향에 수평하게 배열되어 있고, 복수의 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드(962)가 번갈아 장착되어 있다. 이때, 각 PCB에 장착되는 녹색 발광 다이오드의 개수는 적색 또는 청색 발광 다이오드의 개수보다 많을 수 있고, 예를 들어 약 2배정도 많을 수 있다. 하지만, 이들 발광 다이오드의 개수는 필요에 따라 달라질 수 있다. The
한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소가 삼원색 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소가 시간에 따라 번갈아 삼원색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 삼원색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 도 3은 공간 분할의 한 예로서 각 화소가 화소 전극(190)에 대응하는 상부 표시판(200)의 영역에 적색, 녹색, 또는 청색의 색 필터(230)를 구비함을 보여주고 있다. 도 3과는 달리 색 필터(230)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다. On the other hand, to implement color display, each pixel uniquely displays one of the three primary colors (spatial division) or each pixel alternately displays the three primary colors over time (time division) so that the desired color can be selected by the spatial and temporal sum of these three primary colors. To be recognized. 3 illustrates that each pixel includes a red, green, or
도 1에서 광학 기구(908)는 조립체(300)와 광원부(960) 사이에 위치하며 광원부(960)로부터의 빛을 조립체(300)로 유도 및 확산하는 확산판(902) 및 복수의 광학 시트(901)를 포함한다.In FIG. 1, the
도 1에는 도시하지는 않았지만, 상부 섀시(361)의 상부와 하부 섀시(362)의 하부에는 각각 상부 케이스 및 하부 케이스가 위치하여 이들의 결합으로 액정 표시 장치가 완성된다. 신호 제어부(600)는 게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500) 등의 동작을 제어한다.Although not shown in FIG. 1, an upper case and a lower case are positioned at an upper portion of the
그러면 이러한 액정 표시 장치의 표시 동작에 대하여 상세하게 설명한다.The display operation of such a liquid crystal display device will now be described in detail.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호, 예를 들면 수직 동기 신 호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 제공받는다. 신호 제어부(600)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 게이트 제어 신호(CONT1), 데이터 제어 신호(CONT2) 및 백라이트 제어 신호(CONT3) 등을 생성한 후, 신호 제어부(600)는 이어 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)는 데이터 구동부(500)로 내보내며. 백라이트 제어 신호(CONT3)를 백라이트부(900)로 내보낸다.The
게이트 제어 신호(CONT1)는 게이트 온 전압(Von)의 출력 시작을 지시하는 주사 시작 신호(STV), 게이트 온 전압(Von)의 출력 시기 및 출력 전압을 제어하는 적어도 하나의 클록 신호 등을 포함한다.The gate control signal (CONT1) is such as at least one clock signal for controlling the output time and the output voltage of the start scan to indicate the start of output of a gate-on voltage (V on) signal (STV), a gate-on voltage (V on) Include.
데이터 제어 신호(CONT2)는 영상 데이터(DAT)의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호와 데이터선(D1-Dm)에 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(LOAD), 공통 전압(Vcom)에 대한 데이터 전압의 극성(이하, 공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성을 줄여 데이터 전압의 극성이라 함)을 반전시키는 반전 신호 및 데이터 클록 신호 등을 포함한다.The data control signal CONT2 is applied to the horizontal synchronizing start signal indicating the start of the transmission of the image data DAT, the load signal LOAD for applying the data voltage to the data lines D 1- D m , and the common voltage V com . An inversion signal and a data clock signal for inverting the polarity of the data voltage with respect to the data voltage (hereinafter, referred to as the polarity of the data voltage by reducing the polarity of the data voltage for the common voltage).
백라이트 제어 신호(CONT3)는 전류 제어부(950)의 동작을 제어하는 클럭 신호 및 광원부(970)의 발광 다이오드의 점멸을 제어하는 펄스폭 제어(pulse width modulation, PWM) 신호인 광원 제어 신호 등과 같은 복수의 제어 신호를 포함한다.The backlight control signal CONT3 may include a plurality of backlight signals such as a clock signal for controlling the operation of the current controller 950 and a light source control signal that is a pulse width modulation (PWM) signal for controlling the blinking of the light emitting diode of the
본 발명의 실시예와는 달리, 백라이트 제어 신호(CONT3)는 신호 제어부(600)가 아닌 다른 제어 장치에서 생성될 수 있다.Unlike the exemplary embodiment of the present invention, the backlight control signal CONT3 may be generated by a control device other than the
데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라 한 행의 화소에 대한 영상 데이터(DAT)를 차례로 입력받아 시프트시키고, 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압 중 각 영상 데이터(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 영상 데이터(DAT)를 해당 데이터 전압으로 변환한 후, 이를 해당 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.The
게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 게이트선(G1-Gn)에 인가하여 이 게이트선(G1-Gn)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴온시키며, 이에 따라 데이터선(D1-Dm)에 인가된 데이터 전압이 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소에 인가된다.The
화소에 인가된 데이터 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이는 액정 축전기(CLC)의 충전 전압, 즉 화소 전압으로서 나타난다. 액정 분자들은 화소 전압의 크기에 따라 그 배열을 달리한다.The difference between the data voltage applied to the pixel and the common voltage V com is shown as the charging voltage of the liquid crystal capacitor C LC , that is, the pixel voltage. The liquid crystal molecules vary in arrangement depending on the magnitude of the pixel voltage.
광원부(960)는 백라이트 제어 신호(CONT3)와 전원 공급부(970)로부터의 전압에 따라 동작하여 적색, 녹색 및 청색의 발광 다이오드(962)의 점멸 동작이 이루어지고, 이들 삼원색의 빛이 혼합되어 최종 백색광이 얻어진다.The
이러한 백라이트부(900)의 동작에 따라서, 광원부(960)에서 나온 빛은 액정층(3)을 통과하면서 액정 분자의 배열에 따라 그 편광이 변화한다. 이러한 편광의 변화는 편광자에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타난다.According to the operation of the
1 수평 주기(또는 1H)[수평 동기 신호(Hsync)의 한 주기]가 지나면 데이터 구동부(500)와 게이트 구동부(400)는 다음 행의 화소에 대하여 동일한 동작을 반복한다. 이러한 방식으로, 한 프레임(frame) 동안 모든 게이트선(G1-Gn)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von)을 인가하여 모든 화소에 데이터 전압을 인가한다. After one horizontal period (or 1H) (one period of the horizontal synchronization signal Hsync) passes, the
한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소에 인가되는 데이터 전압의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다(프레임 반전). 이때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 전압의 극성이 바뀌거나(행 반전, 도트 반전), 한 화소행에 인가되는 데이터 전압의 극성도 서로 다를 수 있다(열 반전, 도트 반전).When one frame ends, the next frame starts and the state of the inversion signal RVS applied to the
도 4를 참고하여, 액정 표시 장치의 전력 공급 구조를 자세하게 설명하도록 한다. 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 전원 공급부(970)는 도 4에 도시한 바와 같이 브리지 정류부(910), 역률보상부(920) 및 LLC 공진형 변환기(930)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the power supply structure of the liquid crystal display will be described in detail. The
LLC 공진형 변환기(930)는 변환기의 출력 전압을 일정하게 유지하기 위해 피드백 제어를 하는 전압 보상부(944)를 포함하고 변환기 내부에 포함된 변압기의 1차권선측의 공진전류를 감지하여 검출하는 전류 검출부(Current Sensing Network; CSN, 946)를 포함할 수 있다.The LLC
LLC 공진형 변환기의 앞단은 전압 제어 모드(voltage control mode)인 불연속 전달 모드(Discontinous conduction Mode)의 승압형 전력 역률보상부(920) 회로가 있으며 이 회로로부터 입력 전원을 공급받는다. 역률보상부(920)의 전압 제어 방식의 특성상 부하 변화에 대한 출력 전압의 조절 응답 특성이 느리며 또한, 역률보상부(920)의 출력 전해 콘덴서의 용량이 비교적 작으므로, AC 입력 전압 순간 정전시의 출력 전압 강하가 크므로, 뒷단에 연결된 LLC 공진형 변환기(930)의 입력 전압의 변동폭 또한 큰 회로적인 구성의 특성이 있다. 이로써 역률보상부(920) 에서 340V-390V까지의 전압 변화폭이 생기게 된다. The front end of the LLC resonant converter includes a boosted power
또한, LLC 공진형 변환기(930)의 출력 회로 뒷단은 광원부(960)가 연결된다. 광원부(960)는 발광다이오드(LED)이거나, EEFL 램프일 수 있다. 광원부가 EEFL 램프인 경우, EEFL 램프를 직접 구동하기 위한 DC-to-DC AC 풀 브리지 인버터(full bridge inverter)회로가 연결될 수 있다. 여기에서 정상상태일 때는 5.5A 출력 전류를 디밍 모드(Dimming Mode) 상태일 때는 1.5A의 출력 전류가 생기게 된다.In addition, the
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전압 궤환 제어를 하는 전압 보상부(944)를 가진 절연형 LLC 공진형 변환기의 구조를 나타낸 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating the structure of an isolated LLC resonant converter having a
본 발명의 제1실시예에 따른 전압 보상부(944)는 3극점 2영점 구조를 가진다. 절연형 LLC 공진형 변환기는 옵토 커플러(Opto-Coupler)를 통하여 전기적으로 절연되어 있으며, 출력 전압 궤환 방식을 이용하여 동작 주파수를 제어 한다.The
도 5에서 보는 바와 같이, LLC 공진형 변환기는 하프 브리지 스위칭부(half bridge switching part,941), LLC 공진 탱크(LLC resonant tank,942), 센터탭 정류 부(Center-tap rectifier part,943), 전압궤환제어를 하는 전압 보상부(944) 및 상기 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어부(945)로 구성되어 있다. 스위칭 제어부는 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, 945)를 포함한다.As shown in FIG. 5, the LLC resonant converter includes a half
입력 전압은 PFC(Power Factor Correction) 회로의 영향으로 인해 340V-390V의 변화를 가지는 Vs 전압 소스로 간주된다.The input voltage is considered a Vs voltage source with a variation of 340V-390V due to the influence of the Power Factor Correction (PFC) circuit.
하프 브리지형 스위칭부(941)은 제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)를 가지고 직류 전원(Vs)을 스위칭한다.The half bridge
제1 스위칭 소자(Q1)와 제2 스위칭 소자(Q2)는 기생 내부 다이오드를 가지는 MOSFET으로 구성된다. The first switching element Q 1 and the second switching element Q 2 are composed of MOSFETs having parasitic internal diodes.
LLC 공진 탱크부(943)는 페라이트(ferrite) 변압기와 공진용 콘덴서(resonant capacitor,Cr)를 사용하여 구성될 수 있다. 상기 변압기는 기생 누설 인덕턴스(leakage inductance, Ll)와 기생 자화 인덕턴스(magnetizing inductance,Lm)를 포함하고 있으며, 특별히 1차 권선측과 2차 권선측을 분리하여 감는 방식으로 누설 인덕턴스를 크게 하는 방식으로 제작되었다. LLC
상기 변압기는 1차 권선과 2차 권선을 포함하고, 2차 권선은 제1권선과 제2권선을 가지고 있으며, 제1권선과 제2권선은 각각의 일단이 서로 연결되어 있다. 따라서 상기 변압기는 상기 스위칭부(941)의 스위칭에 따라 1차 권선측의 에너지를 2차 권선측에 전달하는 기능을 한다.The transformer includes a primary winding and a secondary winding, the secondary winding has a first winding and a second winding, and one end of the first winding and the second winding are connected to each other. Therefore, the transformer functions to transfer energy of the primary winding side to the secondary winding side according to the switching of the
공진용 콘덴서(Cr)는 하프 브리지형 스위칭부(941)과 변압기의 1차 권선을 포함하는 회로 루프 내에 연결되어 있다. 즉, 공진용 콘덴서(Cr)의 일단은 변압기의 1차 권선의 일단과 연결되고, 공진용 콘덴서(Cr)의 타단은 제1 스위칭 소자(Q1) 및 제2 스위칭 소자(Q2)의 접속점과 연결될 수 있다. Resonant capacitor (C r) is connected in a circuit including the primary winding of the half-bridge
공진형 콘덴서(Cr)와 변압기는 직렬로 연결되어 있으므로, LLC 공진형 변환기(940)는 공진형 콘덴서(Cr), 1차 권선측에 접속된 변압기에 포함된 누설 인덕턴스( Ll) 및 자화 인덕턴스(Lm)로 LLC 직렬 공진 회로를 구성한다. Since the resonant capacitor C r and the transformer are connected in series, the LLC
대역폭(bandwidth)과 양호도(Quality Factor)의 곱은 일정한 값이므로 큰 누설 인덕터와 작은 콘덴서는 결과적으로 대역폭이 좁게 되고 양호도(Quality Factor)가 크게 되어 이상적인 공진에 가깝게 된다. 따라서, LLC 공진형 변환기(940)가 공진 주파수 근처에서 동작한다면 거의 완전한 사인파에 가깝게 되고 선형 분석 기술(linear analysis techniques)을 적용할 수 있어서 공진형 변환기의 해석을 용이하게 할 수 있다. Since the product of bandwidth and quality factor is a constant value, a large leakage inductor and a small capacitor consequently have a narrow bandwidth and a large quality factor, which is close to an ideal resonance. Thus, if the LLC
그래서, LLC 공진 탱크부(942)는 대역통과필터(band pass filter) 특성으로 표현될 수 있고, 동작 주파수는 기본 성분만을 가지며 다른 높은 하모닉 성분(harmonic components)은 무시될 수 있다. 이런 FHA(First Harmonic Approximation)기법을 이용하여 LLC 공진형 하프 브리지 변환기의 정현파 해석을 위한 등가 회로 모델을 유도할 수 있다. Thus, the LLC
정류평활부(943)는 변압기의 2차 권선측에 연결되고 2차 권선측에 유도된 전압을 직류로 변환하여 출력한다. 정류평활부(943)는 중간 탭 정류기인 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2) 및 평활 콘덴서(C)를 가진다. The
제1,2 다이오드(D1, D2)로는 짧은 리커버리(recovery) 시간과 낮은 전도 전압(conduction voltage)을 가지는 schottky barrier 다이오드를 사용한다.As the first and second diodes D 1 and D 2 , a schottky barrier diode having a short recovery time and a low conduction voltage is used.
제1 다이오드(D1)의 애노드(anode)는 2차권선측의 제1권선의 일단에 연결되고 제2 다이오드(D2)의 애노드(anode)는 2차권선측의 제2권선의 일단에 연결된다. 제1,2 다이오드(D1,D2)의 캐소드(cathode)는 서로 연결되고, 평활 콘덴서(C)의 일단에 연결된다. The anode of the first diode D 1 is connected to one end of the first winding on the secondary winding side, and the anode of the second diode D 2 is connected to one end of the second winding on the secondary winding side. Connected. Cathodes of the first and second diodes D 1 and D 2 are connected to each other and are connected to one end of the smoothing capacitor C.
부하와 입력의 변화에 대해 항상 일정한 전압을 유지하기 위해서는 피드백 컨트롤이 필요한데, LLC 공진형 변환기는 주파수를 조절하여 출력 전압을 조절하므로, 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator)가 사용된다. Feedback control is required to maintain a constant voltage at all times with changes in load and input. LLC resonant transducers adjust the output voltage by adjusting the frequency, so a voltage controlled oscillator is used.
본 발명의 실시예 따른 LLC 공진형 변환기(942)는 선형 특성을 가진 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator, VCO)를 적용한다. 전압 제어 발진기(VCO)는 스위칭 소자(Q1, Q2)의 주파수를 조절하기 위해 변환된 컨트롤 전압에 따라 주파수가 변하는 주파수 스퀘어 웨이브(square wave)로 변환시켜 주고, 이 스퀘어 웨이브 스퀘어 웨이브로 스위칭 소자(Q1,Q2)를 온-오프 시키게 된다. 결국 주파수 변경에 따라 게인 값이 변화하는 전원단의 공진 탱크 네트워크에 의해 출력 전 압을 조절하게 된다.LLC
전압 제어 발진기(VCO)는 내부적으로 컨트롤 전압의 입력에 의해 흐르는 전류가 외부 컨덴서를 충반전하고 이를 통해 작동하도록 되어 있다. 이로 인해 컨트롤 전압은 스위칭 주파수로 변화되고 컨트롤 전압이 낮아질수록 내부 전류는 올라가서 빠른 충반전으로 이어지고 고주파수로 스위칭하게 된다. The voltage controlled oscillator (VCO) is configured such that the current flowing by the input of the control voltage internally charges and operates through the external capacitor. As a result, the control voltage changes to the switching frequency, and as the control voltage decreases, the internal current rises, leading to fast charging and charging and switching at high frequencies.
스위칭 제어부(945)는 전압 제어 발진기(VCO)의 출력 신호에 따라 위상이 서로 반대인 2개의 제1,2 스위칭 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭부(941)의 스위칭 동작을 제어한다.The switching
상기 제1스위칭 소자(Q1)는 제1 스위칭 신호에 의해 동작하고, 제2 스위칭 소자(Q2)는 제2 스위칭 신호에 의해 동작한다. 다시 말하면, 제1 스위칭 신호가 하이 레벨이고, 제2 스위칭 신호가 로우 레벨이면, 상기 스위칭부(941)의 제1 스위칭 소자(Q1)가 온(on)되고, 상기 스위칭부(941)의 제2 스위칭 소자(Q2)는 오프(off) 된다.The first switching element Q 1 operates by a first switching signal, and the second switching element Q 2 operates by a second switching signal. In other words, when the first switching signal is high level and the second switching signal is low level, the first switching element Q 1 of the
이에 따라 제1 스위칭 소자(Q1)를 통해 변압기의 누설 인덕턴스, 공진용 컨덴서(Cr) 및 1차 권선을 통해 정현파 공진 전류가 흐르고, 상기 변압기의 1차 권선의 전압이 2차 권선으로 유기되어 권선비에 따라 변환된다. 이 변환된 전압은 정류평활부(943)를 통해 출력된다. Accordingly, sinusoidal resonant current flows through the first switching element Q 1 through the leakage inductance of the transformer, the resonance capacitor C r , and the primary winding, and the voltage of the primary winding of the transformer is induced to the secondary winding. Is converted according to the turns ratio. The converted voltage is output through the
반대로 제1 스위칭 신호가 로우 레벨이고, 제2 스위칭 신호가 하이 레벨이 면, 상기 스위칭부의 제2 스위칭 소자가 온(on)되고, 상기 스위칭부(941)의 제1 스위칭 소자(Q1)는 오프(off) 된다. 이에 따라 제2 스위칭 소자(Q2)를 통해 변압기의 누설 인덕턴스, 공진용 컨덴서(Cr) 및 1차 권선을 통해 정현파 공진 전류가 흐르고, 상기 변압기의 1차 권선의 전압이 2차 권선으로 유기되어 권선비에 따라 변환된다. 이 변환된 전압은 정류평활부(943)를 통해 출력된다. On the contrary, when the first switching signal is low level and the second switching signal is high level, the second switching element of the switching unit is turned on and the first switching element Q1 of the
시스템에 적용된 LLC 공진형 변환기는 입력 전압과 출력 전류가 넓은 범위로 변화하는 조건에서 동작하게 된다. LLC 공진형 변환기는 동작 조건에 대하여 LLC 공진형 변환기의 전력 변환단 동특성의 강한 의존성으로 인하여 정확한 소신호 특성에 대한 해석을 바탕으로 한 제어기 설계를 하지 않을 경우, 특정 동작 조건에서 LLC 공진형 변환기가 안정적으로 동작하더라도, 최악의 동작 조건 하에서, 위상 여유(P.M)가 부족해져 출력의 불안정한 발진 동작을 하여 시스템의 고장을 일으킬 수 있다. LLC resonant transducers applied to the system operate under a wide range of input voltage and output current variations. The LLC resonant converter does not have a controller design based on accurate small signal characteristics due to the strong dependence of the power conversion stage dynamics of the LLC resonant converter. Even in stable operation, under worst-case operating conditions, the phase margin (PM) may be insufficient, resulting in unstable oscillation of the output, causing system failure.
따라서, 최악의 동작 조건하에서 LLC 공진형 변환기의 전력 변환단의 소신호 동 특성 해석을 행한 후, 이를 바탕으로 전압 궤환 보상부의 회로 구조를 설계함으로써 LLC 공진형 컨버터가 최악의 동작 조건뿐만 아니라, 모든 주어진 동작조건에서도 안정적인 동작을 하는 것을 확인할 수 있다.Therefore, after analyzing the small signal dynamic characteristics of the power conversion stage of the LLC resonant converter under the worst operating conditions, the circuit structure of the voltage feedback compensator is designed based on this, so that the LLC resonant converter is not only the worst operating condition, It can be confirmed that stable operation under given operating conditions.
도 6은 공진 회로의 주파수에 따른 입력 전압(Vs) 대비 출력(Vo)의 전압 이득 곡선을 나타내며 입력 및 출력 조건의 변화에 대하여 4개의 동작점을 정의하였다. 즉, 도 6은 FHA(First Harmonic Approximation) 기법을 이용하여 LLC 공진형 하프 브리지 변환기(940)의 정현파 해석을 위한 등가 회로 모델을 유도한 후, 전압 이득 곡선을 주파수 축상에 도시한 것이다.6 shows the voltage gain curve of the output Vo versus the input voltage Vs according to the frequency of the resonant circuit, and defines four operating points for the change of the input and output conditions. That is, FIG. 6 illustrates a voltage gain curve on the frequency axis after deriving an equivalent circuit model for sine wave analysis of the LLC resonant half-
전압 이득비가 최대인 공진점(공진 주파수 fo=56KHz)을 중심으로 스위칭 주파수가 증가하거나 감소함에 따라 전압 이득비는 낮아지고 있다. 따라서, 주파수를 제어함으로써 출력 전압을 일정하게 유지시킬 수 있다. The voltage gain ratio decreases as the switching frequency increases or decreases around the resonance point (resonant frequency fo = 56 KHz) having the maximum voltage gain ratio. Therefore, the output voltage can be kept constant by controlling the frequency.
LLC 공진형 변환기(940)의 앞단에는 역률보상부(Power Factor Correction)가 위치되어 있고, AC 입력 순간 정전과 같은 조건으로부터 340V에서 390V까지 변동하는 전압이 LLC 공진형 변환기(940)로 입력된다. 그리고 또한, LLC 공진형 변환기(940)의 출력에는 시스템 신호 처리 회로부와 함께 다수의 CCFL Lamp가 병렬 연결된 백라이트 시스템(backlight system)으로 되어 있다. 이러한 백라이트 시스템은 최대 6A로부터 최소 1A까지 변동하게 된다. 이러한 4개의 동작점 중 최악의 소신호 특성을 나타내는 동작점에서 제어기 설계가 행하여지며, 안정도 및 동특성 해석은 전체 4개의 동작점에서 평가된다. A power factor correction unit is positioned in front of the LLC
LLC 공진형 변환기(940)의 소신호 특성은 컨버터의 동작 주파수 제어 특성에 의해 동작 조건에 따라 크게 변화한다.The small signal characteristic of the LLC
도 7은 동작점이 A로부터 B로 변화할 때의 주파수 대 출력 전달 함수의 특성을 나타낸다. 도 7을 살펴 보면, LLC 공진형 변환기(940)에서는 동작 주파수에 따라 극점 위치가 변화한다는 것을 알 수 있다. 7 shows the characteristics of the frequency versus output transfer function when the operating point changes from A to B. FIG. Referring to FIG. 7, in the LLC
동작점 A에서 전달 함수는 공진 주파수와 동작 주파수의 차이만큼의 주파수 에서 나타나는 고주파 영역의 이중 극점 ωbt & ω* bt, 출력 필터단에 의한 저주파 영역에 위치한 극점 ωpl, 그리고 고정된 주파수에서 출력 필터 ESR(Equivalent Series Resistance) 에 의한 ωesr을 가진다. At operating point A, the transfer function yields the double poles ω bt & ω * bt in the high frequency region at the frequency equal to the difference between the resonant frequency and the operating frequency, the pole ω pl located in the low frequency region by the output filter stage, and the output at a fixed frequency. It has ω esr due to filter ESR (Equivalent Series Resistance).
동작점이 B로 이동함에 따라, 이중 극점 ωbt & ω* bt은 두 개의 극점, ωsp1 & ωsp2으로 쪼개지고, 저주파에 위치된 극점 ωpl은 ω'pl으로 이동한다. 이 ωspl과 ω'pl이 합해지면서 이차 전달 함수 특성을 나타내며 위상이 급격하게 감소한다. 따라서, 동작점 B를 최악의 동작점으로 선정하고 이러한 급격한 위상의 감소를 보상하기 위하여 동작점 B에서 전압 보상 회로 설계가 행하여진다.As the operating point moves to B, the double poles ω bt & ω * bt split into two poles, ω sp1 & ω sp2 , and the pole ω pl located at the low frequency moves to ω ' pl . As ω spl and ω ' pl add up , they exhibit a quadratic transfer function and the phase decreases drastically. Therefore, in order to select the operating point B as the worst operating point and compensate for such a sudden decrease in phase, a voltage compensation circuit design is performed at the operating point B.
옵토 커플러(Opto-coupler)는 상기 LLC 공진형 변환기를 전기적으로 절연시키는 기능을 한다. 옵토 커플러(Opto-coupler)는 전류 전달비를 향상시키기 위하여 많은 광전자를 모을 목적으로 Collector-Base 접합 면적을 크게 함으로써 비교적 큰 기생 용량의 커패시터 성분이 옵토 커플러(Opto-coupler)에 존재하며, 이 기생 커패시터는 극점을 형성한다.An opto-coupler functions to electrically insulate the LLC resonant converter. Opto-couplers have a large parasitic capacitance component in the opto-coupler by increasing the collector-base junction area for the purpose of collecting a large number of photoelectrons to improve the current transfer ratio. The capacitor forms a pole.
표 1은 동작점에 따른 옵토 커플러(Opto coupler)특성을 나타낸 것이다. 표 1과 같이 컨버터의 동작 조건이 변화할 때 Opto coupler의 바이어스(bias) 조건도 함께 변화함으로써 옵토 커플러(Opto coupler)의 기생 용량뿐만 아니라 전류 전달비 또한 동시에 변화하며, 소신호 특성에서의 변화를 가져온다.Table 1 shows the opto coupler characteristics according to operating points. As shown in Table 1, when the converter's operating conditions change, the bias condition of the opto coupler also changes, so that not only the parasitic capacitance of the opto coupler but also the current transfer ratio change simultaneously. Bring.
도 8은 각각 동작점 A와 B의 각 전력 변환단의 소신호 특성을 보상하기 위한 전압 보상부의 극점 및 영점의 위치 및 전체 루프 이득의 곡선(|Tm|)을 나타낸다. 동작점 B에서 나타내는 이차 전달 함수 특성을 보상하기 위하여 3극점 2영점 구조의 전압 보상부(944)를 이용한다.FIG. 8 shows curves (| T m |) of positions of poles and zeros of the voltage compensator and total loop gain for compensating for the small signal characteristics of the power conversion stages of the operating points A and B, respectively. In order to compensate the secondary transfer function characteristic shown at the operating point B, a
동작점 B에서의 위상의 급격한 감소를 야기시키는 저주파 영역의 두 개의 극점을 보상하기 위하여 두개의 영점을 배치하고, ESR 영점을 보상하기 위해서 극점이 추가되며, 두번째 극점이 고주파 영역에 위치한다.Two zeros are placed to compensate for the two poles of the low frequency region causing a sharp decrease in phase at operating point B, and poles are added to compensate for the ESR zero, and the second pole is located in the high frequency region.
이러한 3극점 2영점 구조의 전압 보상기 설계로부터, 루프 이득은 크로스 오버 주파수까지 -20dB/dec의 기울기를 유지하며, 동작점 B에서 뿐만 아니라 나머지 모든 동작점에서 45°이상의 충분한 위상 여유를 가지며 안정도를 확보하고 있는 것을 도 9에서 실험과 시뮬레이션을 통하여 확인할 수 있다.From this three-pole, two-point voltage compensator design, the loop gain maintains a slope of -20 dB / dec to the crossover frequency, with sufficient phase margin of 45 ° or more at operating point B as well as all other operating points. It can be confirmed through the experiment and simulation in Figure 9 to secure.
각 동작점의 루프 게인 파형의 비교로부터 확인할 수 있듯이 동작주파수가 공진 주파수의 이하에서 동작하는 동작점 B와 C의 소신호 특성은, 동작 주파수가 공진 주파수보다 높은 영역에서 동작하는 A와 D에 비해 소신호 특성 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있으며, 이는 과도 응답 특성의 차이와도 밀접한 관계가 있다.As can be seen from the comparison of the loop gain waveforms of the respective operating points, the small signal characteristics of the operating points B and C whose operating frequencies operate below the resonance frequency are compared with those of A and D which operate in the region where the operating frequency is higher than the resonance frequency. It can be seen that there is little change in the small signal characteristic, which is also closely related to the difference in the transient response characteristic.
도 10은 출력 부하 최대 변동 조건에서 출력 전압과 공진 회로 전류의 응답 특성을 나타낸다. 동일한 양의 출력 전류(Io)를 변화시킬 경우 그림 (a)의 동작점 B와 C에서 동작하는 경우의 응답 특성(Vo)이 그림 (b)의 동작점 A와 D에서 동작하는 경우의 응답 특성(Vo)보다 빠른 것을 확인할 수 있다.10 shows the response characteristics of the output voltage and the resonant circuit current under the output load maximum variation condition. When the same amount of output current Io is changed, the response characteristic when operating at operating points B and C in Fig. (A) is the response characteristic when operating at operating points A and D in Fig. (B) You can see that it is faster than Vo.
전력 변환단의 동 특성이 동작점 B에서 이차 전달 함수 특성으로 인한 급격한 위상의 감소를 나타내므로 모든 동작 조건 중 최악의 동작 조건임을 확인할 수 있다. 본 발명의 제1실시예는 이와 같은 위상의 급격한 감소를 보상함으로써 최악의 동작 조건에서 컨버터가 안정적으로 동작하도록 동작점 B에서 3극점 2영점 구조의 전압 보상부(944)를 포함한 LLC 공진형 변환기(940)를 설계한 것이다. Since the dynamic characteristics of the power conversion stage show a sharp decrease in phase due to the secondary transfer function characteristic at the operating point B, it can be confirmed that it is the worst operating condition among all operating conditions. The first embodiment of the present invention compensates for such a sharp decrease in phase, and thus includes an LLC resonant converter including a
LLC 직렬 공진형 변환기(940)가 고정된 공진 주파수에 대하여 입출력 동작 조건의 변화에 따른 동작 주파수의 가변 위치에 따라 그 소신호 특성이 큰 차이를 가짐을 확인할 수 있다. 그리고, 최악의 동작 조건에서 설계된 제어기를 가진 LLC 직렬 공진형 변환기(940)는 모든 동작점에서 만족스러운 위상 여유를 가지는 것을 시뮬레이션과 측정을 통하여 확인 할 수 있다. It can be seen that the LLC series
도 11a 및 11b는 본 발명의 제2실시예에 따른 LLC 공진형 변환기에 관한 것으로서, 전압 궤환 제어 방식과 전류 궤환 제어 방식을 동시에 적용한 것이다. 11A and 11B relate to an LLC resonant converter according to a second embodiment of the present invention, in which a voltage feedback control method and a current feedback control method are simultaneously applied.
일반적으로 스위칭 전원은 스위치의 스위칭을 통해 도통 시비율을 변화시켜서 출력 젼압의 레귤레이션(Regulation)을 수행하는 장치이다. 이 도통 시비율을 제어하는 방법의 하나로서 공진형 컨버터에서 출력 전압의 제어는 기존의 PWM 제어 방법과는 달리, 일정 주파수의 클럭 신호로서 스위치를 도통시키고, 스위치 전류 또는 인덕터 전류가 출력 전압의 오차에 대응한 설정값에 도달한 순간에 스위치를 차단시켜 도통 시비율을 제어하는 방법이 있는데, 이를 전류 모드 제어(Current Mode Control) 또는 전류 궤환 제어 방식이라고 한다.In general, a switching power supply is a device that regulates an output voltage by changing a conduction ratio by switching a switch. As one of the methods of controlling the conduction ratio, the control of the output voltage in the resonant converter, unlike the conventional PWM control method, conducts the switch as a clock signal of a constant frequency, and the switch current or the inductor current causes the error of the output voltage. There is a method of controlling the conduction rate by turning off the switch at the moment when the set value corresponding to the control value is reached. This is called current mode control or current feedback control.
전류 궤환 제어 방식을 추가하기 위해서는 본 발명의 제2실시예에 따른 LLC 공진형 변환기는 도 4에 도시된 회로뿐만 아니라 전류 검출부(Current Sensing Network; CSN, 946) 및 가산기(947)가 추가적으로 필요하다.In order to add the current feedback control scheme, the LLC resonant converter according to the second embodiment of the present invention additionally requires a current sensing unit (CSN) 946 and an
전류 검출부(946)는 LLC 공진형 탱크에 포함된 변압기의 제1차측 공진 전류 크기(Envelope)의 변화를 감지한다.The
도 12를 참조하면, PWM 컨버터의 전류 파형(도 12b)과는 달리, LLC 공진형 컨버터의 경우, 에너지를 전달하는 LLC 공진형 탱크의 제1차측 공진 전류의 파형(도 12a 참조-도 11a의 A점에서 측정)은 AC 정현파이다. 따라서, 전류 궤환 제어(Current Mode Control)를 구현하기 위해서는 이처럼 극성이 교번하여 흐르는 AC 정현파 전류를 효과적으로 검출하는 방식이 중요하다. 12, unlike the current waveform of the PWM converter (FIG. 12B), in the case of the LLC resonant converter, the waveform of the primary side resonant current of the LLC resonant tank for transferring energy (see FIG. 12A-FIG. 11A). Measured at point A) is an AC sine wave. Therefore, in order to implement current feedback control (Current Mode Control), it is important to effectively detect the AC sinusoidal current flowing in the alternating polarity.
가산기(947)는 전압 보상부(944)로부터 출력된 제1 제어 신호와 LLC 공진형 탱크 내부로부터 전류 검출부(Current Sensing Network; CSN, 946)에 의해 감지된 제2 제어 신호를 가산하여 합신호를 공급한다. 이렇게 가산기(947)에 의해 합해진 합신호는 전압 제어 발진기(VCO)를 포함한 스위칭제어부(945)에 입력됨으로써 전체적인 제어 회로를 구성할 수 있다.The
본 발명의 제2실시예의 특징은, AC 전류를 DC 전류로 변환시키는 방식을 제공하는 것이다. 이를 위해 전류 검출부(946)는 정류소자(D3), 저항(R6)과 커패시터(C4)로 구성된 저역통과필터(Low Pass filter)를 포함한다. 추가적으로 정류된 전류에 대응되는 전압을 검출하기 위해 저항을 포함할 수 있다. 전류 검출부(946)는 LLC 공진형 탱크의 제1차측 공진전류를 정류소자(D3)를 통해 정류한 후, 정류된 DC 전류 성분이 저항(R6)과 커패시터(C4)를 포함한 저역통과필터(Low Pass filter)를 통과함으로써 충분히 평활화된(averaging) 정보를 가진 파형(도 13참조-도 11b의 B점에서 측정)이 검출된다.It is a feature of the second embodiment of the present invention to provide a scheme for converting AC current to DC current. To this end, the
정류되고 평활화된 전류는 저역통과필터(Low Pass Filter)와 병렬로 연결된 저항(R7)에 의해 전압 신호, 즉 제2 제어 신호로 검출되어 가산기(947)에 의해 제1 제어 신호와 합산되어 전압 제어 발진기(VCO)에 공급된다.The rectified and smoothed current is detected as a voltage signal, that is, a second control signal by a resistor R 7 connected in parallel with a low pass filter, and summed with the first control signal by an
2차권선측의 평활커패시터(C)의 저장 속도 시간이 지연되는 2차권선측으로부터 제어신호를 받아 피드백 제어하는 전압궤환제어 방식보다, 이처럼 전압궤환제어 방식에다 전류 궤환 제어 방식을 추가함으로써 더욱 빠른 과도 응답 특성을 구현할 수 있는 장점이 있다.By adding the current feedback control method to the voltage feedback control method as compared to the voltage feedback control method which receives the control signal from the secondary winding side where the storage speed time of the smoothing capacitor C on the secondary winding side is delayed and controls the feedback. There is an advantage to implement the transient response characteristics.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be readily understood that modifications and variations are possible.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다. 1 is an exploded perspective view of a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a liquid crystal according to an embodiment of the present invention. It is an equivalent circuit diagram of one pixel of a display device.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 백라이트 유닛의 상세 회로도이다.4 is a detailed circuit diagram of a backlight unit according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전압 궤환 제어를 하는 전압 보상부를 가진 절연형 LLC 공진형 변환기의 구조를 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a structure of an insulated LLC resonant converter having a voltage compensator for voltage feedback control according to a first embodiment of the present invention.
도 6은 공진 회로의 주파수에 따른 입력 전압(Vs) 대비 출력(Vo)의 전압 이득 곡선을 나타내며 입력 및 출력 조건의 변화에 대하여 4개의 동작점을 정의한 도면이다.FIG. 6 illustrates a voltage gain curve of an output Vo versus an input voltage Vs according to a frequency of a resonant circuit, and defines four operating points with respect to a change in input and output conditions.
도 7은 동작점이 A로부터 B로 변화할 때의 주파수 대 출력 전달 함수의 특성을 나타낸 도면이다.7 is a diagram showing the characteristics of the frequency-to-power transfer function when the operating point changes from A to B. FIG.
도 8은 각각 동작점 A와 B의 각 전력 변환단의 소신호 특성을 보상하기 위한 전압 보상부의 극점 및 영점의 위치 및 전체 루프 이득의 곡선(|Tm|)을 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating curves (| T m |) of positions of poles and zeros of the voltage compensating unit and the total loop gain for compensating for the small signal characteristics of the power conversion stages of the operating points A and B, respectively.
도 9는 모든 동작점에서 45°이상의 충분한 위상 여유를 가지며 안정도를 확보하고 있음을 확인할 수 있는 실험 및 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.9 is a view showing the results of experiments and simulations can be confirmed that having a sufficient phase margin of more than 45 ° at all operating points to ensure the stability.
도 10은 출력 부하 최대 변동 조건에서 출력 전압과 공진 회로 전류의 응답 특성을 나타낸다.10 shows the response characteristics of the output voltage and the resonant circuit current under the output load maximum variation condition.
도 11a 및 11b는 본 발명의 제2실시예에 따른 LLC 공진형 변환기에 관한 것으로서 전압 궤환 제어 방식을 적용한 제1실시예에 전류 궤환 제어 방식을 추가한 도면이다.11A and 11B illustrate an LLC resonant converter according to a second embodiment of the present invention, in which a current feedback control method is added to a first embodiment to which a voltage feedback control method is applied.
도 12a는 도 11a의 A점에서 측정된 LLC 공진형 탱크의 제1차측 공진 전류의 파형도이고, 도 12b는 PWM 컨버터의 전류 파형도이다.12A is a waveform diagram of a primary side resonance current of an LLC resonant tank measured at point A of FIG. 11A, and FIG. 12B is a current waveform diagram of a PWM converter.
도 13은 도 11b의 B점에서 측정된 평활화 정보를 가진 파형도이다.FIG. 13 is a waveform diagram with smoothing information measured at point B of FIG. 11B.
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