KR20130076293A - 직류/직류 컨버터 및 이를 갖는 구동 장치 - Google Patents

직류/직류 컨버터 및 이를 갖는 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입력 전원을 스위칭해서 사전에 설정된 직류 전원으로 변환하여 유기 발광 다이오드에 공급하는 DC/DC 컨버터부; 및 상기 유기 발광 다이오드에 인가되는 구동 신호에 따라 상기 DC/DC 컨버터부의 스위칭을 제어하여 상기 직류 전원의 전압 레벨을 제어하는 제어부를 포함하는 직류/직류 컨버터 및 이를 갖는 구동 장치를 제공한다.

Description

직류/직류 컨버터 및 이를 갖는 구동 장치{DC/DC CONVERTER AND DRIVING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 발광 소자를 구동하기 위한 직류/직류 컨버터 및 구동 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 평판 디스플레이 기술이 발전함에 따라 스마트폰, 게임기, 디지털 카메라 이외에 자동차 계기판에도 평판 디스플레이가 사용되고 있고 앞으로는 초박형 텔레비젼, 투명 네비게이션 등 우리 생활에 디스플레이의 활용 폭이 넓어지고 있다.
이러한 평판 디스플레이는 주로 TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)가 주를 이룬다.
그러나 TFT-LCD는 자체 발광형이 아닌 별도의 광원을 필요로 하기 때문에, 초박화 및 시야각 등의 측면에서 한계를 갖는다.
따라서, 향후 시장에 사용될 평판 디스플레이로 TFT-LCD에 비해 넓은 시야각 및 높은 채도, 빠른 응답 속도를 지니며 별도의 광원이 필요하지 않는 능동형 유기 발광 다이오드(Active-Matrix Organic Light Emitting Diodes; OLED) 디스플레이의 사용이 확대되고 있다.
즉, 유기 발광 다이오드에서 능동형 유기 발광 다이오드는 동영상 응답속도가 100만분의 1초인 마이크로세컨드(us)단위이다. 이는 1000분의 1초인 밀리세턴드(ms) 단위의 TFT-LCD에 비하여 1000배 이상 빠른 것으로, TFT-LCD의 문제점으로 지적되던 동영상 잔상을 해결할 수 있다.
더하여 자체 발광형이어서 TFT-LCD 처럼 후면에서 빛을 쏘아주는 백라이트 유닛이 필요없으므로 두께와 무게를 TFT-LCD의 3분의 1 수준으로 줄일 수 있다. 또한, TFT-LCD와 달리 고온과 저온에서 색 재현성이 일정하고, 자체발광형이므로 휘도나 보는 각도에 따라 명암비가 달라지지 않는다.
최근에는 전력 소모 및 수명, 친환경성 등과 같은 다양한 장점으로 인해 점차적으로 유기 발광 다이오드를 사용하고 있는 추세이다.
이러한 유기 발광 다이오드를 구동하기 위한 구동 장치는 일반적으로 AC/DC 변환 회로 및 다단의 DC/DC 변환 회로를 사용하는데, 이러한 다단의 DC/DC 변환 회로는 유기 발광 다이오드 구동에 필요한 전압을 변환하는 과정에서 전력 변환 손실 및 추가된 컨버터에 의한 원가 상승 및 회로 부피가 증가하는 문제점이 있다.
또한, DC/DC 변환 회로에 채용되는 액티브/패시브 소자 및 IC 등의 제품의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 별도의 또 다른 DC/DC 변환단을 채용하지 않고, AC/DC 변환단과, 하나의 DC/DC 변환단으로 이루어져 발광 소자를 구동할 수 있는 직류/직류 컨버터 및 이를 갖는 구동 장치를 제공한다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 하나의 기술적인 측면은
입력 전원을 스위칭해서 사전에 설정된 직류 전원으로 변환하여 유기 발광 다이오드에 공급하는 DC/DC 컨버터부; 및
상기 유기 발광 다이오드에 인가되는 구동 신호에 따라 상기 DC/DC 컨버터부의 스위칭을 제어하여 상기 직류 전원의 전압 레벨을 제어하는 제어부
를 포함하는 유기 발광 다이오드용 직류/직류 컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면,
상기 DC/DC 컨버터부는
상기 제어부의 스위칭 제어에 따라 상기 입력 전원을 스위칭하는 스위칭부;
상기 스위칭부로부터의 스위칭된 전원을 입력받는 일차 권선과, 상기 일차 권선과 사전에 설정된 권선비를 형성하여 상기 권선비에 따라 변압된 전원을 출력하는 이차 권선을 갖는 트랜스포머; 및
상기 트랜스포머의 이차 권선으로부터의 변압된 전원을 정류하는 동기 정류 소자를 갖는 정류부를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면,
상기 제어부는 상기 스위칭부의 스위칭 제어에 동기되어 상기 정류부의 상기 동기 정류 소자의 스위칭 온/오프를 제어할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면,
상기 제어부는
사전에 설정된 기준 신호와, 상기 DC/DC 컨버터부의 직류 전원 및 상기 구동 신호의 신호 레벨을 비교하는 비교부; 및
상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 스위칭부의 스위칭과 상기 동기 정류 소자의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부;
를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면,
상기 제어부는 상기 구동 신호의 온 타임 듀티에 따라 상기 스위칭부의 스위칭 온 듀티를 제어할 수 있다.
본 발명의 하나의 기술적인 측면에 따르면,
상기 스위칭부는 위상 천이 풀 브리지(Phase Shift Full Bridge; PSFB) 또는 하프 브리지(half bridge) 스위치 구조를 가질 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면은 정류된 전원을 스위칭하여 역률을 보정하는 역률 보정부;
상기 역률 보정부로부터의 역률 보정된 전원을 스위칭해서 사전에 설정된 직류 전원으로 변환하여 유기 발광 다이오드에 공급하는 DC/DC 컨버터부; 및
상기 DC/DC 컨버터부의 직류 전원과 상기 유기 발광 다이오드에 인가되는 구동 신호에 따라 상기 DC/DC 컨버터부의 스위칭을 제어하는 제어부
를 포함하는 유기 발광 다이오드 구동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 기술적인 측면에 따르면, 상기 DC/DC 컨버터부는
상기 제어부의 스위칭 제어에 따라 상기 역률 보정된 전원을 스위칭하는 스위칭부;
상기 스위칭부로부터의 스위칭된 전원을 입력받는 일차 권선과, 상기 일차 권선과 사전에 설정된 권선비를 형성하여 상기 권선비에 따라 변압된 전원을 출력하는 이차 권선을 갖는 트랜스포머; 및
상기 트랜스포머의 이차 권선의로부터의 변압된 전원을 정류하는 동기 정류 소자를 갖는 정류부
를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 유기 발광 다이오드 구동 장치는 별도의 또 다른 DC/DC 변환단을 채용하지 않고, AC/DC 변환단과, 하나의 DC/DC 변환단으로 이루어져 전력 변환 효율이 증가되고 회로 크기 및 제조 비용이 저감될 수 있다.
더하여 유기 발광 다이오드에서 밝기가 낮게 조정되는 경우 유기 발광 다이오드에 인가되는 전압 레벨을 낮춰서 불필요한 전력 손실을 저감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 구동 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 구동 장치의 보다 상세한 회로도.
도 3은 본 발명의 구동 장치의 주요 부분의 동작 그래프.
도 4는 본 발명의 구동 장치의 구동 신호에 따른 구동 전원의 전압 레벨이 가변되는 그래프.
도 5는 본 발명의 구동 장치에 채용되는 스위칭부의 다른 실시예.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다라고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때는 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 어떤 구성요소를 포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 동 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 구동 장치(100)는 역률 보정부(110)와 DC/DC 컨버터(120)를 포함할 수 있다.
역률 보정부(110)는 교류 전원을 입력받아 정류하고, 정류된 전원을 스위칭하여 전류와 전압 간의 위상차를 조정해서 역률을 보정할 수 있다. 보정된 전원은 DC/DC 컨버터(120)에 전달될 수 있다.
DC/DC 컨버터(120)는 보정된 직류 전원을 사전에 설정된 구동 전원으로 변환하여 발광 소자를 구비하는 발광 소자 모듈 특히 유기 발광 다이오드를 구비하는 유기 발광 다이오드 모듈에 전달할 수 있다.
상기 유기 발광 다이오드 모듈은 구동 전원을 공급받아 구동 신호에 따라 구동될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구동 장치(100)는 발광 소자를 구비하는 발광 소자 모듈 특히 유기 발광 다이오드를 구비하는 유기 발광 다이오드 모듈에 필요한 구동 전원을 공급하기 위한 별도의 DC/DC 변환단이 채용되지 않아 전력 변환 효율이 증가되고 회로 크기 및 제조 비용이 저감될 수 있다.
도 2는 본 발명의 구동 장치의 보다 상세한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 역률 보정부(110)는 도 1에서의 설명과 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
DC/DC 컨버터(120)는 DC/DC 컨버터부(121,122,123)와 제어부(124)를 포함할 수 있다.
DC/DC 컨버터부(121,122,123)는 스위칭부(121), 트랜스포머(122) 및 정류부(123)를 포함할 수 있다.
스위칭부(121)는 4개의 스위치(Q1,Q2,Q3,Q4)를 갖는 위상 천이 풀 브리지(Phase Shift Full Bridge; PSFB) 스위치 구조를 가질 수 있으며, 4개의 스위치(Q1,Q2,Q3,Q4)는 제어부(124)의 스위칭 제어에 따라 스위칭 온 및 오프될 수 있다.
트랜스포머(122)는 일차 권선(Np)와 이차 권선(Ns1,Ns2)를 구비할 수 있으며, 일차 권선(Np)와 이차 권선(Ns1,Ns2)은 사전에 설정된 권선비를 형성할 수 있다.
일차 권선(Np)는 스위칭부(121)로부터의 스위칭된 전원을 입력받고, 이차 권선(Ns1,Ns2)에는 센터탭이 형성될 수 있으며, 일차 권선(Np)와 형성된 권선비에 따라 스위칭된 전원의 전압 레벨을 변압하여 출력할 수 있다.
정류부(123)는 이차 권선(Ns1,Ns2)의 일단 또는 타단에 각각 연결된 2개의 동기 정류 소자(DSA,DSB)를 구비할 수 있으며, 제어부(124)의 스위칭부(121) 제어에 동기되어 스위칭 온 및 오프되어 이차 권선(Ns1,Ns2)으로부터의 출력 전원을 정류할 수 있다.
더하여, 정류부(123)는 이차 권선(Ns1,Ns2)의 센터탭에 연결된 인덕터(Lo)와, 캐패시터(Co)를 구비하여 정류된 전원을 안정화시켜(Vo) 유기 발광 다이오드 모듈에 구동 전원(ELVDD)을 제공할 수 있다.
제어부(124)는 비교부(124a), 스위칭 제어부(124b)를 포함할 수 있다.
비교부(124a)는 유기 발광 다이오드 모듈에 공급되는 구동 전원(ELVDD) 및 외부로부터 유기 발광 다이오드 모듈의 밝기를 제어하는 구동 신호와, 사전에 설정된 기준 전류 레벨(Iref)을 비교하여 그 비교 결과를 스위칭 제어부(124b)에 전달할 수 있다.
스위칭 제어부(124b)는 비교부(124a)로부터의 비교 결과에 따라 스위칭부(121) 및 정류부(123)의 동기 정류 소자(DSA,DSB)를 스위칭 온 및 오프시키는 PWM(pulse width modulation) 신호를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 유기 발광 다이오드 구동 장치의 주요 부분의 동작 그래프이다.
도 2와 함께 도 3을 참조하면, 동작 모드 1에서는 스위칭부(121)의 제1 스위치(Q1)과 제4 스위치(Q4)가 동시에 도통되고 정류부(123)의 제1 동기 정류 소자(DSA)가 도통된다. 트랜스포머(122)의 이차 권선(Ns1,Ns2)에 양의 직류 전압이 인가되어 전력이 일차 권선(Np1)에서 이차 권선(Ns1,Ns2)으로 전달되고 인덕터(Lo)의 전류(IL)가 선형으로 증가한다. 도 3의 그래프에서 Im은 자화 인덕터에 흐르는 전류를 의미하고, Vab는 트랜스포머(122)에 인가되는 전압을 의미하며, Ip는 일차측 전류, I5 및 I6은 제1 및 제2 동기 정류 소자(DSA,DSB)에 흐르는 전류를 의미한다.
동작 모드2에서는 제1 스위치(Q1)와 제2 스위치(Q2)가 동시에 도통되어 트랜스포머(122)의 일차측이 프리 휠링(freewheeling) 상태에 있어 트랜스포머(122)의 이차측의 전압이 영이 된다. 따라서 인덕터 권선에 흐르는 전류(IL)는 도 3의 그래프와 같이 제1 동기 정류 소자(DSA)를 통해 선형적으로 감소한다.
동작 모드 3과 동작 모드 4는 입력 전압의 부호를 제외하면 상술한 동작 모드 1 및 2와 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 4는 본 발명의 유기 발광 다이오드 구동 장치의 구동 신호에 따른 구동 전원의 전압 레벨이 가변되는 그래프이다.
도 2와 함께, 도 4를 참조하면, 제어부(124)는 유기 발광 다이오드 모듈에 공급되는 구동 전원(ELVDD)의 전압 레벨을 제어하기 위해 스위칭부(121)의 4개의 스위치(Q1,Q2,Q3,Q4)의 스위칭 시비율을 PWM 방식으로 변조할 수 있다.
이때, 유기 발광 다이오드 모듈을 구동하기 위해 외부에서 사전에 설정된 온/오프 타임을 갖는 동작 신호(ELVSS)가 제공될 수 있으며, 동작 신호(ELVSS)는 액티브 로우(active low) 신호로 동작 신호(ELVSS)의 오프 타임시에 유기 발광 다이오드 모듈에 전류가 유입되어 광을 방출할 수 있다.
유기 발광 다이오드 모듈의 밝기는 유기 발광 다이오드 모듈 내의 구동 신호에 의해 제어될 수 있는데, 상기 구동 신호는 비교부(124a)의 비반전 단자에 입력되어 스위칭부(121)의 4개의 스위치(Q1,Q2,Q3,Q4)의 스위칭 시비율 제어에 참여할 수 있다. 이에 따라, 유기 발광 다이오드에서 밝기가 낮게 조정되는 경우 유기 발광 다이오드에 인가되는 전압 레벨을 낮춰서 불필요한 전력 손실을 저감할 수 있다.
도 5는 본 발명의 유기 발광 다이오드 구동 장치에 채용되는 스위칭부 다른 실시예이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 유기 발광 다이오드 구동 장치(100)의 스위칭부(121)는 2개의 스위치(Qm, Qn)를 갖는 하프 브리지(half bridge) 구조로 구성될 수 있다.
하프 브리지(half bridge)는 일반적으로 널리 알려진 스위치 구조이므로 동작에 관한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 본 발명의 유기 발광 다이오드 구동 장치는 별도의 또 다른 DC/DC 변환단을 채용하지 않고, AC/DC 변환단과, 하나의 DC/DC 변환단으로 이루어져 전력 변환 효율이 증가되고 회로 크기 및 제조 비용이 저감될 수 있으며, 더하여 발광 소자 특히 유기 발광 다이오드에서 밝기가 낮게 조정되는 경우 유기 발광 다이오드에 인가되는 전압 레벨을 낮춰서 불필요한 전력 손실을 저감할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100...구동 장치
110...역률 보정부
120...DC/DC 컨버터
121,221...스위칭부
122,222...트랜스포머
123...정류부
124...제어부
124a...비교부
124b...스위칭 제어부

Claims (12)

  1. 입력 전원을 스위칭해서 사전에 설정된 직류 전원으로 변환하여 발광소자에 공급하는 DC/DC 컨버터부; 및
    상기 발광 소자에 인가되는 구동 신호에 따라 상기 DC/DC 컨버터부의 스위칭을 제어하여 상기 직류 전원의 전압 레벨을 제어하는 제어부
    를 포함하는 직류/직류 컨버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 DC/DC 컨버터부는
    상기 제어부의 스위칭 제어에 따라 상기 입력 전원을 스위칭하는 스위칭부;
    상기 스위칭부로부터의 스위칭된 전원을 입력받는 일차 권선과, 상기 일차 권선과 사전에 설정된 권선비를 형성하여 상기 권선비에 따라 변압된 전원을 출력하는 이차 권선을 갖는 트랜스포머; 및
    상기 트랜스포머의 이차 권선으로부터의 변압된 전원을 정류하는 동기 정류 소자를 갖는 정류부
    를 포함하는 직류/직류 컨버터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 스위칭부의 스위칭 제어에 동기되어 상기 정류부의 상기 동기 정류 소자의 스위칭 온/오프를 제어하는 직류/직류 컨버터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는
    사전에 설정된 기준 신호와, 상기 DC/DC 컨버터부의 직류 전원 및 상기 구동 신호의 신호 레벨을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 스위칭부의 스위칭과 상기 동기 정류 소자의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부;
    를 포함하는 직류/직류 컨버터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 구동 신호의 온 타임 듀티에 따라 상기 스위칭부의 스위칭 온 듀티를 제어하는 직류/직류 컨버터.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭부는 위상 천이 풀 브리지(Phase Shift Full Bridge; PSFB) 또는 하프 브리지(half bridge) 스위치 구조를 갖는 직류/직류 컨버터.
  7. 정류된 전원을 스위칭하여 역률을 보정하는 역률 보정부;
    상기 역률 보정부로부터의 역률 보정된 전원을 스위칭해서 사전에 설정된 직류 전원으로 변환하여 유기 발광 다이오드에 공급하는 DC/DC 컨버터부; 및
    상기 유기 발광 다이오드에 인가되는 구동 신호에 따라 상기 DC/DC 컨버터부의 스위칭을 제어하여 상기 직류 전원의 전압 레벨을 제어하는 제어부
    를 포함하는 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 DC/DC 컨버터부는
    상기 제어부의 스위칭 제어에 따라 상기 역률 보정된 전원을 스위칭하는 스위칭부;
    상기 스위칭부로부터의 스위칭된 전원을 입력받는 일차 권선과, 상기 일차 권선과 사전에 설정된 권선비를 형성하여 상기 권선비에 따라 변압된 전원을 출력하는 이차 권선을 갖는 트랜스포머; 및
    상기 트랜스포머의 이차 권선으로부터의 변압된 전원을 정류하는 동기 정류 소자를 갖는 정류부
    를 포함하는 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 스위칭부의 스위칭 제어에 동기되어 상기 정류부의 상기 동기 정류 소자의 스위칭 온/오프를 제어하는 구동 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는
    사전에 설정된 기준 신호와, 상기 DC/DC 컨버터부의 직류 전원 및 상기 구동 신호의 신호 레벨을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 스위칭부의 스위칭과 상기 동기 정류 소자의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부;
    를 포함하는 구동 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 구동 신호의 온 타임 듀티에 따라 상기 스위칭부의 스위칭 온 듀티를 제어하는 구동 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭부는 위상 천이 풀 브리지(Phase Shift Full Bridge; PSFB) 또는 하프 브리지(half bridge) 스위치 구조를 갖는 구동 장치.
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