KR20140042310A - Ｄｃ-ｄｃ 변환기 제어 회로와 이를 이용한 영상 표시장치 및 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 DC-DC 변환기의 경부하(light-load) 구동시 회로 안정성을 확보하면서도 그 부하량에 따라 버스트 모드(Burst Mode)의 온/오프 듀티비(Duty Ratio)를 가변시켜 구동 효율을 향상시킬 수 있도록 한 DC-DC 변환기 제어 회로와 이를 이용한 영상 표시장치 및 그 구동방법에 관한 것으로, DC-DC 변환기의 출력단 전류량 및 전압을 검출하고 검출된 전압 크기에 따른 차동 전압을 생성 및 출력하는 검출부; 상기 검출부로부터의 차동 전압을 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압과 비교하여 듀티 신호를 생성하는 비교부; 및 상기 듀티 신호의 듀티비에 대응하는 온/오프 제어신호를 생성하여 상기 DC-DC 변환기로 공급함으로써 상기 DC-DC 변환기의 온/오프를 제어하는 변환기 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

ＤＣ-ＤＣ 변환기 제어 회로와 이를 이용한 영상 표시장치 및 그 구동방법{DC-DC CONVERTER CONTROL CIRCUIT AND IMAGE DISPLAY DEVICE USING THE SAMR AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 DC-DC 변환기의 경부하(light-load) 구동시 회로 안정성을 확보하면서도 그 부하량에 따라 버스트 모드(Burst Mode)의 온/오프 듀티비(Duty Ratio)를 가변시켜 구동 효율을 향상시킬 수 있도록 한 DC-DC 변환기 제어 회로와 이를 이용한 영상 표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로, DC-DC 변환기는 일정한 전압의 입력이 인가되었을 때, 특정 전압이 일정하게 출력되도록 하는 장치이다. 이러한 DC-DC 변환기는 출력단의 부하 조건에 따라 그 구동 효율이 달라지는 특성이 있다.
DC-DC 변환기는 높은 출력의 고부하(Heavy-load) 구동 상태에서는 그 구동 효율이 높아지는 반면, 경부하(light-load) 구동 상태에서는 효율이 급격하게 감소하는 특성이 있다. 이러한 특성은 스위치들의 스위칭 과정에서의 전압 손실이 발생하기 때문에 발생하는데, 특히 경부하 구동 상태에서는 스위칭 전압 손실에 따른 영향을 크기 받기 때문에 더더욱 구동 효율이 저감된다.
종래에는 이러한 문제를 해결하기 위해, 에러 증폭기(Erroe Amplifier)를 이용하여 DC-DC 변환기의 출력단 부하량을 검출하고, 검출된 부하량이 기준 이하의 경부하 상태로 변하면 DC-DC 변환기를 오프(off)시키는 버스트 모드(Burst Mode)를 이용하였다.
하지만, 에러 증폭기를 이용한 종래 방식의 부하량 검출 방식은 DC-DC 변환기의 출력단 부하량에 따라 온/오프 기준이 다르게 변하고, 그 변화 정도가 커서 DC-DC 변환기의 온/오프 타이밍을 용이하게 조절할 수가 없었다.
또한, DC-DC 변환기를 버스트 모드로 온/오프시키는 경우에는 출력단의 부하량 변화 정도와 출력 주파수대에 따라서 그 효율이 달라지게 되는데, 종래 기술에 따른 DC-DC 변환기의 버스트 모드 구동방식으로는 출력단의 부하 정도나 주파수대에 알맞게 온/오프 듀티비(Duty Ratio)를 제어할 수 없어서 그 이용 효율이 낮았다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, DC-DC 변환기의 경부하(light-load) 구동시 회로 안정성을 확보하면서도 그 부하량에 따라 버스트 모드의 온/오프 듀티비를 가변시켜 구동 효율을 향상시킬 수 있도록 한 DC-DC 변환기 제어 회로와 이를 이용한 영상 표시장치 및 그 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환기 제어 회로는 DC-DC 변환기의 출력단 전류량 및 전압을 검출하고 검출된 전압 크기에 따른 차동 전압을 생성 및 출력하는 검출부; 상기 검출부로부터의 차동 전압을 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압과 비교하여 듀티 신호를 생성하는 비교부; 및 상기 듀티 신호의 듀티비에 대응하는 온/오프 제어신호를 생성하여 상기 DC-DC 변환기로 공급함으로써 상기 DC-DC 변환기의 온/오프를 제어하는 변환기 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 검출부는 상기 DC-DC 변환기의 출력단에 직렬로 연결된 검출 저항, 및 상기 검출 저항의 양단 전압차를 검출 및 증폭시켜서 상기의 차동 전압을 생성하는 차동 증폭기를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 비교부는 상기 검출부로부터의 차동 전압을 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압과 비교하여 그 비교 결과에 따른 듀티 신호를 출력하는 비교기, 및 상기 비교기로부터의 듀티 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 스위칭 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 변환기 제어부는 고전위 전압원과 상기 스위칭 트랜지스터 간에 포토 다이오드(photo diode)가 형성되고, 상기 포토 다이오드와 대응하도록 BJT( Bipolar Junction Transistor)가 형성되어 이루어진 적어도 하나의 포토 커플러(photocoupler)를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환기 제어 회로를 구비한 영상 표시장치는 복수의 화소 영역을 구비하여 영상을 표시하는 영상 표시패널; 상기 영상 표시패널을 구동하는 게이트 및 데이터 드라이버; 외부로부터 입력되는 영상 데이터를 정렬하여 상기 데이터 드라이버에 공급함과 아울러 디밍 제어신호와 게이트 및 데이터 제어신호를 생성하여 상기 게이트 및 데이터 드라이버를 제어하는 타이밍 컨트롤러; 및 상기의 디밍 제어신호에 따라 백 라이트의 점등 및 소등 기간을 제어하되, 상기의 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 제시된 DC-DC 변환기 제어 회로를 구비하여 자체 구비된 DC-DC 변환기의 온/오프 상태를 제어하는 백 라이트 유닛을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환기 제어 회로의 구동방법은 백 라이트 유닛의 구동 방법은 검출부를 이용하여 DC-DC 변환기의 출력단 전류량 및 전압을 검출하고 검출된 전압 크기에 따른 차동 전압을 생성 및 출력하는 단계; 비교부를 이용하여 상기 검출부로부터의 차동 전압을 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압과 비교하여 듀티 신호를 생성하는 단계; 및 변환기 제어부를 이용하여 상기 듀티 신호의 듀티비에 대응하는 온/오프 제어신호를 생성하고, 상기 DC-DC 변환기로 공급함으로써 상기 DC-DC 변환기의 온/오프를 제어하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 차동 전압을 생성 및 출력하는 단계는 차동 증폭기를 이용하여 상기 DC-DC 변환기의 출력단에 직렬로 연결된 검출 저항의 양단 전압차를 검출 및 증폭시켜서 상기의 차동 전압을 생성하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 듀티 신호를 생성하는 단계는 비교기를 이용하여 상기 검출부로부터의 차동 전압을 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압과 비교하여 그 비교 결과에 따른 듀티 신호를 출력하는 단계, 및 상기 듀티 신호에 따라 스위칭 트랜지스터를 턴-온 또는 턴-오프시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 DC-DC 변환기의 온/오프 제어 단계는 고전위 전압원과 상기 스위칭 트랜지스터 간에 포토 다이오드(photo diode)가 형성되고, 상기 포토 다이오드와 대응하도록 BJT( Bipolar Junction Transistor)가 형성되어 이루어진 적어도 하나의 포토 커플러(photocoupler)를 이용하여 상기의 온/오프 제어신호를 상기 DC-DC 변환기로 공급하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 다양한 기술적 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환기 제어 회로와 이를 이용한 영상 표시장치 및 그 구동방법은 DC-DC 변환기의 경부하 구동시 회로 안정성을 확보하면서도 그 부하량에 따라 버스트 모드의 온/오프 듀티비를 가변시켜 구동 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 출력단 부하량과의 비교 기준이 되는 톱니파의 주파수를 가변하여 용이하게 DC-DC 변환기의 온/오프 듀티비를 가변시킬 수 있고, 그 주파수를 최적화함으로써 버스트 모드 구동시 발생할 수 있는 소음 문제를 해결할 수 있다.
또한, 부하 정도를 검출하는 DC-DC 변환기의 출력단과 온/오프 제어신호 생성 회로가 포토 커플러(photocoupler)를 통해 전기적으로 절연되도록 함으로써, 전기적인 스트레스로부터 회로를 안전하게 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환기 제어 회로를 나타낸 구성도.
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 DC-DC 변환기 제어회로의 입출력 신호를 나타낸 파형도.
도 3은 도 1 및 도 2a 내지 2c에 따른 DC-DC 변환기 제어 회로를 구비한 액정 표시장치를 나타낸 구성도.
도 4는 도 3의 백 라이트 제어부를 구체적으로 나타낸 구성도.
이하, 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환기 제어 회로와 이를 이용한 영상 표시장치 및 그 구동방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환기 제어 회로를 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 DC-DC 변환기 제어 회로는 DC-DC 변환기(2)의 출력단 전류량 및 전압을 검출하고 검출된 전압 크기에 따른 차동 전압(Vdif)을 생성 및 출력하는 검출부(11); 검출부(11)로부터의 차동 전압(Vdif)을 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압(Pwave)과 비교하여 듀티 신호(Duty)를 생성하는 비교부(13); 및 듀티 신호(Duty)의 듀티비에 대응하는 온/오프(on/off) 제어신호(CCS)를 생성하여 DC-DC 변환기(2)로 공급함으로써 DC-DC 변환기(2)의 온/오프를 제어하는 변환기 제어부(10)를 구비한다.
검출부(11)는 DC-DC 변환기(2)의 출력단 전류량 및 전압을 검출하게 되는데, 이를 위해 검출부(11)는 DC-DC 변환기(2)의 출력단에 직렬로 연결된 검출 저항(Rs) 및 검출 저항(Rs)의 양단 전압차를 검출 및 증폭시켜서 차동 전압(Vdif)을 생성하는 차동 증폭기(4)를 구비한다.
검출 저항(Rs)은 DC-DC 변환기(2)의 출력단 전류량 및 전압 레벨 변화를 검출하기 위한 것으로, DC-DC 변환기(2)의 출력단에 직렬로 연결된다. 검출 저항(Rs)의 저항값이 출력단의 전류량 및 전압 대비 너무 크면 발열 및 효율 저감 문제가 발생될 수 있으므로, 검출 저항(Rs)의 저항값은 DC-DC 변환기(2) 구동에 영향을 미치지 않는 작은 값으로 설정됨이 바람직하다.
차동 증폭기(4)는 검출 저항(Rs)의 양단 전압을 실시간으로 입력받고, 양단 전압차를 증폭시켜 차동 전압(Vdif)을 생성 및 출력한다.
비교부(13)는 검출부(11)로부터의 차동 전압(Vdif)을 자체 생성되거나 외부로부터 입력된 기준 전압(Pwave)과 비교하고, 그 비교 결과에 따른 듀티 신호(Duty)를 출력한다. 이를 위해, 비교부(13)는 검출부(11)로부터의 차동 전압(Vdif)을 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압(Pwave)과 비교하여 비교 결과에 따른 듀티 신호(Duty)를 출력하는 비교기(8), 및 상기 비교기(8)로부터의 듀티 신호(Duty)에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 스위칭 트랜지스터(Tr1)를 구비한다.
비교부(13)는 자체적으로 삼각파 발생기(6)를 구비하여 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압(Pwave)을 생성하고, 비교기(8)를 통해 기준 전압(Pwave)을 차동 전압(Vdif)과 비교되도록 한다. 그리고, 삼각파 발생기(6)가 자체 구비되지 않은 경우에는 비교기(8)가 외부의 삼각파 발생기로부터 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압(Pwave)을 공급받아 차동 전압(Vdif)과 비교하도록 한다. 이에, 비교기(8)는 검출부(11)로부터의 차동 전압(Vdif)과 외부로부터의 기준 전압(Pwave) 비교 결과에 따라 듀티 신호(Duty)를 출력하게 된다.
스위칭 트랜지스터(Tr1)의 게이트 단자는 비교기(8)의 듀티 신호(Duty) 출력단에 연결되고, 드레인 단자는 변환기 제어부(10)의 고전위 전압 출력 노드에 연결되며, 소스 단자는 저전위 전압 단자에 연결된다. 이러한 스위칭 트랜지스터(Tr1)는 게이트 단자로 입력되는 비교기(8)의 듀티 신호(Duty)에 따라 턴-온 또는 턴-오프되어 변환기 제어부(10)의 고전위 전압 출력을 제어한다. 스위칭 트랜지스터(Tr1)는 NMOS 또는 PMOS 트랜지스터가 이용될 수 있는데, PMOS을 이용하는 경우에는 소스 단자를 변환기 제어부(10)의 고전위 전압 출력 노드에 연결시키고, 드레인 단자는 저전위 전압 단자에 연결시켜 이용한다.
비교기(8)의 듀티 신호(Duty)가 직접적으로 변환기 제어부(10)로 공급되지 않고, 스위칭 트랜지스터(Tr1)를 스위칭시키는데 이용되도록 한 구성, 다시 말해, 스위칭 트랜지스터(Tr1)의 스위칭 동작에 의해 변환기 제어부(10)를 구동되도록 한 구성에 의해 분리 구동되는 비교부(13)와 변환기 제어부(10)의 구동 신뢰성이 확보될 수 있다.
DC-DC 변환기(2)의 온/오프를 제어하는 변환기 제어부(10)는 적어도 하나의 포토 커플러(photocoupler)를 구비한다. 이러한 포토 커플러는 비교부(13)에 형성된 스위칭 트랜지스터(Tr1)의 스위칭 동작에 따라 구동되어 듀티 신호(Duty)의 듀티비에 대응하는 오/오프 제어신호(CCS)를 생성 및 출력하게 된다. 다시 말해, 포토 커플러의 포토 다이오드(photo diode)는 비교부(13)의 스위칭 트랜지스터(Tr1) 온/오프 동작에 따라 제어되고, 포토 다이오드의 동작에 따라 포토 커플러의 BJT( Bipolar Junction Transistor)가 온/오프되어 고전위 및 저전위 전압 레벨로 스윙하는 온/오프 제어신호(CCS)가 출력된다.
DC-DC 변환기는 변환기 제어부(10)로부터의 온/오프 제어신호(CCS)에 응답하여 오/오프 제어된다. 한편, 검출부(11)의 출력단과 비교기(8)의 출력단 및 변환기 제어부(10) 입출력단에는 적어도 하나의 저항 소자(R1 내지 R5)가 형성되어 전체적인 회로를 안정화시키기도 한다.
도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시된 DC-DC 변환기 제어회로의 입출력 신호를 나타낸 파형도이다.
도 2a는 DC-DC 변환기(2)가 고부하(Heavy-load) 상태로 구동하는 경우에서의 입출력 신호들을 나타낸 것으로, DC-DC 변환기(2)의 출력단에서 검출한 차동 신호(Vdif)가 톱니파형의 기준 전압(Pwave) 레벨보다 높아 DC-DC 변환기(2)가 버스트 모드로 구동하지 않고 정상 모드로 구동하는 상태이다.
구체적으로, DC-DC 변환기(2) 출력단에 형성된 검출 저항(Rs)의 양단 전압차를 증폭시켜 생성된 검출부(11)의 차동 전압(Vdif)이 비교부(13)를 통해 톱니파형의 기준 전압(Pwave)과 비교되어, 기준 전압(Pwave) 레벨보다 차동 전압(Vdif)이 더 높은 것으로 판단되면, 비교부(13)에서는 제 1 논리(하이 논리) 상태로 유지되는 듀티 신호(Duty)를 출력하게 된다. 즉, 비교기(8)에서의 듀티 신호(Duty)가 하이 논리 상태인 제 1 논리 상태로 유지되면, 스위칭 트랜지스터(Tr1) 또한 턴-온 상태를 유지하게 된다. 이에, 포토 커플러(10)의 포토 다이오드 또한 온 상태를 유지하고, BJT가 턴-온 상태를 유지하여 온 상태가 유지되도록 하는 온/오프 제어신호(CCS)가 출력된다.
이와 같이, DC-DC 변환기(2)의 출력단에서 검출한 차동 신호(Vdif)가 기준 전압(Pwave) 레벨보다 높게 유지되는 상태는 고부하 구동 상태로 판단되어 DC-DC 변환기(2)가 정상 모드로 구동되도록 한다. DC-DC 변환기(2)는 고부하 상태로 구동하는 경우에 그 구동 효율 및 정확성이 높아지므로 버스트 모드로 전환할 필요가 없다.
도 2b는 DC-DC 변환기(2)가 경부하(light-load) 상태로 구동되되, 경부하 상태에서의 그 출력 부하가 고부하에 가까운 상태로 구동되는 경우의 입출력 신호들을 나타낸다. 이와 같이, DC-DC 변환기(2)의 출력단에서 검출한 차동 신호(Vdif) 레벨이 톱니파형의 기준 전압(Pwave) 레벨보다 높게 유지되는 비율이 높으면, DC-DC 변환기(2)가 높은 듀티의 버스트 모드로 구동하게 된다.
구체적으로, 검출부(11)에서 생성된 차동 전압(Vdif) 레벨이 톱니파형의 기준 전압(Pwave) 레벨보다 높게 더 유지되는 비율이 높으면, 비교부(13)에서는 제 1 논리(하이 논리) 상태로 유지되는 비율이 높은 듀티 신호(Duty)를 출력하게 된다. 즉, 비교기(8)에서의 듀티 신호(Duty)가 하이 논리 상태로 유지되는 비율이 높으면, 스위칭 트랜지스터(Tr1) 또한 턴-온 상태를 더 길게 유지하는 높은 듀티로 스윙하게 된다(높은 듀티 비율로 버스트 모드 유지). 이에, 포토 커플러(10)의 포토 다이오드 또한 턴-온 상태를 더 길게 유지하는 높은 듀티로 온/오프되고, BJT 또한 턴-온 상태를 더 길게 유지하는 높은 듀티로 온/오프되어, 턴-온 상태를 더 길게 유지하는 높은 듀티로 스윙되는 온/오프 제어신호(CCS)가 출력된다.
이와 같이, DC-DC 변환기(2)의 출력단에서 검출한 차동 신호(Vdif)가 기준 전압(Pwave) 레벨보다 높게 유지되는 비율이 높으면, 경부하 상태이긴 하나 경부하 상태에 중에서도 높은 편에 속하는 경부하 상태로 판단되어, DC-DC 변환기(2)가 온 상태를 더 길게 유지하는 높은 듀티의 버스트 모드로 구동되도록 한다. DC-DC 변환기(2)는 경부하 상태로 구동하는 경우에 그 구동 효율이 저하되나, 경부하 상태 중에서도 차등적으로 구동 효율이 저하되므로, 부하 상태에 따라 차등적으로 구동 효율을 조절할 필요가 있다.
도 2c는 DC-DC 변환기(2)가 경부하(light-load) 상태로 구동되되, 경부하 상태에서도 출력 부하가 가장 낮은 부하에 가까운 상태로 구동되는 경우의 입출력 신호들을 나타낸다. 이와 같이, DC-DC 변환기(2)의 출력단에서 검출한 차동 신호(Vdif) 레벨이 톱니파형의 기준 전압(Pwave) 레벨보다 낮게 유지되는 비율이 높으면, DC-DC 변환기(2)가 낮은 듀티의 버스트 모드로 구동하게 된다.
구체적으로, 검출부(11)에서 생성된 차동 전압(Vdif) 레벨이 톱니파형의 기준 전압(Pwave) 레벨보다 낮게 더 유지되는 비율이 높으면, 비교부(13)에서는 제 1 논리(하이 논리) 상태로 유지되는 비율이 낮은 듀티 신호(Duty)를 출력하게 된다. 즉, 비교기(8)에서의 듀티 신호(Duty)가 로우 논리 상태로 유지되는 비율이 높으면, 스위칭 트랜지스터(Tr1) 또한 턴-오프 상태를 더 길게 유지하는 낮은 듀티로 스윙하게 된다(낮은 듀티 비로 버스트 모드 유지). 이에, 포토 커플러(10)의 포토 다이오드 또한 턴-오프 상태를 더 길게 유지하는 낮은 듀티로 온/오프되고, BJT 또한 턴-오프 상태를 더 길게 유지하는 낮은 듀티로 온/오프되어, 턴-오프 상태를 더 길게 유지하는 낮은 듀티로 스윙되는 온/오프 제어신호(CCS)가 출력된다.
이와 같이, DC-DC 변환기(2)의 출력단에서 검출한 차동 신호(Vdif)가 기준 전압(Pwave) 레벨보다 낮게 유지되는 비율이 높으면, 경부하 상태 중에서도 가장 낮은 편에 속하는 경부하 상태로 판단되어, DC-DC 변환기(2)가 오프 상태를 더 길게 유지하는 낮은 듀티의 버스트 모드로 구동되도록 한다. DC-DC 변환기(2)는 가장 낮은 경부하 상태로 구동되면 그 구동 효율이 현저하게 저하되므로, 경부하 정도가 낮을수록 그 구동 효율을 높여줄 필요가 있다.
버스트 모드로 DC-DC 변환기(2)를 구동하면 버스트 주파수에 따라 그 구동 효율이나 리플 전압(ripple voltage)이 가변될 수 있다. 특히, 주파수가 작을수록 그 효율 폭은 커지지만 출력단 전압의 리플은 심해진다. 반면, 주파수가 커지면 출력 전압은 안정되지만 효율 상승폭은 상대적으로 작아진다. 이에, DC-DC 변환기(2)의 구동 효율과 주파수를 고려하여 가장 효율적인 기준 주파수(삼각파 발생기를 통한 삼각파 또는 톱니파의 기준 주파수)를 설정해야 한다.
또한, DC-DC 변환기(2)의 버스트 구동 듀티가 높으면 DC-DC 변환기(2)의 온 시간이 길어지고, 그만큼 스위칭 손실이 커지기 때문에 효율 상승폭이 작아진다. 반면, DC-DC 변환기(2)의 버스트 구동 듀티가 낮으면 DC-DC 변환기(2)의 온 시간이 적어지고, 스위칭 소실이 적어지기 때문에 효율 상승폭은 커진다.
이에, 버스트 모드에서는 리플 전압의 허용 범위 안에서 온/오프 듀티 또는 삼각파 발생기를 통한 삼각파 또는 톱니파의 듀티를 설정할 필요가 있다. 즉, 상대적으로 부하가 클 때는 오프 시간 동안 리플이 커질 수 있으므로, 버스트 모드의 듀티를 높여서 리플 전압을 최소화해야 한다. 반면, 상대적으로 부하가 작을 때는 리플이 작게 발생하므로 버스트 모드의 듀티를 줄여서 효율 상승 폭을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 다양한 기술적 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환기 제어 회로와 이를 이용한 영상 표시장치 및 그 구동방법은 경부하 상태의 버스트 모드 구동시, 경부하 상태 중에서도 상대적으로 높은 부하에서는 듀티비를 상대적으로 높이고, 저하 상태가 낮아질수록 낮은 뷰티비를 상대적으로 낮춰서, 버스트 모드에서 최적의 효율 향상을 달성할 수 있다. 특히, DC-DC 변환기의 경부하 구동시 회로 안정성을 확보하면서도 그 부하량에 따라 버스트 모드의 온/오프 듀티비를 가변시켜 구동 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 아울러, 출력단 부하량과의 비교 기준이 되는 톱니파의 주파수를 가변하여 용이하게 DC-DC 변환기의 온/오프 듀티비를 가변시킬 수 있고, 그 주파수를 최적화함으로써 버스트 모드 구동시 발생할 수 있는 소음 문제를 해결할 수 있다. 또한, 부하 정도를 검출하는 DC-DC 변환기의 출력단과 온/오프 제어신호 생성 회로가 포토 커플러(photocoupler)를 통해 전기적으로 절연되도록 함으로써, 전기적인 스트레스로부터 회로를 안전하게 보호할 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2a 내지 2c에 따른 DC-DC 변환기 제어 회로를 구비한 액정 표시장치를 나타낸 구성도이다.
도 1에 각각 도시된 DC-DC 변환기 제어 회로는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display Device), 유기 발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode Display Device), 전계방출 표시장치(Field Emission Display Device) 및 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel) 등의 다양한 영상 표시장치들에 적용될 수 있다. 하지만, 이하에서는 설명의 편의상 본 발명의 DC-DC 변환기 제어 회로가 액정 표시장치에 적용된 일 예를 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 액정 표시장치는 액정 표시장치는 복수의 화소 영역을 구비한 액정패널(12); 액정패널(12)의 데이터 라인(DL1 내지 DLm)들을 구동하는 데이터 드라이버(14); 액정패널(12)의 게이트 라인(GL1 내지 GLn)들을 구동하는 게이트 드라이버(16); 외부로부터 입력되는 영상 데이터(RGB)를 정렬하여 데이터 드라이버(14)에 공급함과 아울러 디밍 제어신호(Dim)와 게이트 및 데이터 제어신호(GCS,DCS)를 생성하여 게이트 및 데이터 드라이버(4,6)를 제어하는 타이밍 컨트롤러(18); 및 상기의 디밍 제어신호(Dim)에 따라 상기 백 라이트(14)의 점등 및 소등 기간을 제어하되, 상기의 도 1에 도시된 DC-DC 변환기 제어 회로를 구비하여 자체적으로 DC-DC 변환기의 온/오프 상태를 제어하는 백 라이트 유닛(12)을 구비한다.
액정패널(12)은 복수의 게이트 라인(GL1 내지 GLn)과 복수의 데이터 라인(DL1 내지 DLm)에 의해 정의되는 각 화소 영역에 형성된 박막 트랜지스터(TFT; Thin Film Transistor) 및 TFT와 접속된 액정 커패시터(Clc)를 구비한다. 액정 커패시터(Clc)는 TFT와 접속된 화소전극, 화소전극과 액정을 사이에 두고 대면하는 공통전극으로 구성된다. TFT는 각각의 게이트 라인(GL1 내지 GLn)으로부터의 스캔 펄스에 응답하여 각각의 데이터 라인(DL1 내지 DLm)으로부터의 영상신호를 화소 전극에 공급한다. 액정 커패시터(Clc)는 화소 전극에 공급된 영상신호와 공통전극에 공급된 공통전압의 차 전압을 충전하고, 그 차 전압에 따라 액정 분자들의 배열을 가변시켜 광 투과율을 조절함으로써 계조를 구현한다. 그리고, 액정 커패시터(Clc)에는 스토리지 커패시터(Cst)가 병렬로 접속되어 액정 커패시터(Clc)에 충전된 전압이 다음 데이터 신호가 공급될 때까지 유지되게 한다.
데이터 드라이버(14)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 데이터 제어신호(DCS) 예를 들어, 소스 스타트 펄스(SSP; Source Start Pulse), 소스 쉬프트 클럭(SSC; Source Shift Clock), 소스 출력 인에이블(SOE; Source Output Enable) 신호 등을 이용하여, 타이밍 컨트롤러(18)로부터 보상 변환된 데이터(Data)를 아날로그 전압 즉, 영상 신호로 변환한다. 이때, 데이터 드라이버(14)는 정렬 입력된 영상 데이터(Data)의 계조 값에 따라 소정 레벨을 가지는 정극성 또는 부극성의 감마전압을 선택하고 선택된 감마전압을 영상 신호로 각 데이터 라인(DL1 내지 DLm)에 공급한다.
게이트 드라이버(16)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 게이트 제어신호(GCS) 예를 들어, 게이트 스타트 펄스(GSP; Gate Start Pulse), 게이트 쉬프트 클럭(GSC; Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블(GOE; Gate Output Enable) 신호에 응답하여 순차적으로 스캔 펄스를 발생하고, 이를 게이트 라인들(GL1 내지 GLn)에 순차적으로 공급한다.
타이밍 컨트롤러(18)는 외부로부터 입력되는 영상 데이터(RGB)를 액정패널(12)의 구동에 알맞도록 정렬하고, 정렬된 영상 데이터(Data)를 적어도 한 수평라인 단위로 데이터 드라이버(14)에 공급한다. 또한, 타이밍 컨트롤러(18)는 외부로부터 입력되는 동기신호 즉, 도트클럭(DCLK), 데이터 인에이블 신호(DE), 수평 및 수직 동기신호(Hsync,Vsync) 중 적어도 하나를 이용하여 게이트 및 데이터 제어신호(GCS,DCS)를 생성하고, 이를 게이트 및 데이터 드라이버(6,4)에 각각 공급함으로써 게이트 및 데이터 드라이버(6,4)를 제어한다. 아울러, 타이밍 컨트롤러(18)는 정렬된 영상 데이터(Data)의 밝기나 휘도 정보 등에 따라 상기의 동기신호들 중 적어도 하나를 이용하여 디밍 제어신호(Dim)를 생성하고, 이를 백 라이트 유닛(12)에 공급함으로써 백 라이트 유닛(12)을 제어한다.
백 라이트 유닛(12)은 광을 발생하는 복수의 LED 어레이와 복수의 LED 어레이로부터 입사되는 광의 효율을 향상시키는 광학부를 구비한 백 라이트(14); 및 타이밍 컨트롤러(18)부터의 디밍 제어신호(Dim)에 따라 제어 전류(Ion) 및 제어 전압(Vled)을 발생하여 백 라이트(24)의 점등 및 소등 기간을 제어하는 백 라이트 제어부(26)를 구비한다.
백 라이트(14)는 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 LED 어레이를 구비하고, 각 LED 어레이로 공급되는 구동 전원(Vled)에 의해 동시 또는 순차적으로 각 LED들을 온/오프시켜서 광을 발생하게 된다.
백 라이트 제어부(26)는 외부 또는 타이밍 컨트롤러부터의 디밍 제어신호(Dim)에 따라 매 프레임 기간 단위로 백 라이트(14) 즉, 각 LED 어레이(32)의 점등 및 소등 기간을 설정함으로써 각 LED 어레이(32)들의 발광량을 제어한다. 구체적으로, 백 라이트 제어부(26)는 적어도 하나의 제어 IC를 이용하여 외부 또는 타이밍 컨트롤러(18)로부터 입력되는 디밍 제어신호(Dim)의 듀티 비에 대응하도록 펄스 폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation) 신호를 생성한다. 그리고, 적어도 하나의 제어 IC에 각각 대응되도록 구비된 DC-DC 변환기를 이용하여 PWM 신호에 따라 백 라이트(14)의 LED 제어 전류를 조절한다. 여기서, PWM 신호는 디밍 제어신호(Dim)의 듀티 비 정보에 따라 각 LED 어레이들의 온/오프 주기 예를 들어, 하이/로우 주기가 가변된 신호이다. 따라서, 백 라이트 제어부(26)에 구성되는 적어도 하나의 제어 IC와 DC-DC 변환기는 PWM 신호에 따라 백 라이트(14)의 LED 제어 전류 출력 시점을 조절함으로써, 각 LED 어레이들이 버스트 모드로 구동되도록 한다.
도 4는 도 3의 백 라이트 제어부를 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 4의 백 라이트 제어부(26)는 디밍 제어신호(Dim)에 대응하는 PWM 신호를 생성 및 출력하는 적어도 하나의 제어 IC(미도시), 제어 IC로부터 입력된 PWM 신호에 따라 백 라이트(14)의 LED 제어 전류 및 전압을 출력하는 DC-DC 변환기(2); 및 DC-DC 변환기(2)의 출력단 전류량 및 전압을 검출하고 이를 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압(Pwave)과 비교하여 듀티 신호(Duty) 생성함으로써 상기 DC-DC 변환기(2)의 온/오프를 제어하는 DC-DC 변환기 제어회로를 구비한다.
구체적으로, 도 4의 DC-DC 변환기 제어회로는 DC-DC 변환기(2)의 출력단 전류량 및 전압을 검출하고 검출된 전압 크기에 따른 차동 전압(Vdif)을 생성 및 출력하는 검출부(11); 상기 검출부(11)로부터의 차동 전압(Vdif)을 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압(Pwave)과 비교하여 듀티 신호(Duty)를 생성하는 비교부(13); 및 상기 듀티 신호(Duty)의 듀티비에 대응하는 온/오프(on/off) 제어신호(CCS)를 생성하여 상기 DC-DC 변환기(2)로 공급함으로써 상기 DC-DC 변환기(2)의 온/오프를 제어하는 변환기 제어부(10)를 구비한다.
도 4의 DC-DC 변환기 제어회로는 도 1 및 도 2a 내지 2c를 참조하여 설명된 한 DC-DC 변환기 제어회로가 될 수 있다. 따라서, DC-DC 변환기 제어회로의 구조 및 그 구동 방법에 대한 설명은 도 1 및 도 2a 내지 2c를 참조한 상기의 설명들로 대신하기로 한다.
도 4의 DC-DC 변환기 제어회로의 검출부(11)는 DC-DC 변환기(2)의 출력단에 직렬로 연결된 검출 저항(Rs) 및 검출 저항(Rs)의 양단 전압차를 검출 및 증폭시켜서 차동 전압(Vdif)을 생성하는 차동 증폭기(4)를 구비한다.
비교부(13)는 검출부(11)로부터의 차동 전압(Vdif)을 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압(Pwave)과 비교하여 비교 결과에 따른 듀티 신호(Duty)를 출력하는 비교기(8), 및 비교기(8)로부터의 듀티 신호(Duty)에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 스위칭 트랜지스터(Tr1)을 구비한다.
DC-DC 변환기(2)의 온/오프를 제어하는 변환기 제어부(10)는 적어도 하나의 포토 커플러(photocoupler)를 구비한다. 이러한 포토 커플러는 비교부(13)에 형성된 스위칭 트랜지스터(Tr1)의 스위칭 동작에 따라 구동되어 듀티 신호(Duty)의 듀티비에 대응하는 오/오프 제어신호(CCS)를 생성 및 출력하게 된다.
이에, DC-DC 변환기는 변환기 제어부(10)로부터의 온/오프 제어신호(CCS)에 응답하여 온/오프 제어된다.
상술한 바와 같은 다양한 기술적 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 DC-DC 변환기 제어 회로와 이를 이용한 영상 표시장치 및 그 구동방법은 경부하 상태의 버스트 모드 구동시, 경부하 상태 중에서도 상대적으로 높은 부하에서는 듀티비를 상대적으로 높이고, 저하 상태가 낮아질수록 낮은 뷰티비를 상대적으로 낮춰서, 버스트 모드에서 최적의 효율 향상을 달성할 수 있다. 특히, DC-DC 변환기의 경부하 구동시 회로 안정성을 확보하면서도 그 부하량에 따라 버스트 모드의 온/오프 듀티비를 가변시켜 구동 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 아울러, 출력단 부하량과의 비교 기준이 되는 톱니파의 주파수를 가변하여 용이하게 DC-DC 변환기의 온/오프 듀티비를 가변시킬 수 있고, 그 주파수를 최적화함으로써 버스트 모드 구동시 발생할 수 있는 소음 문제를 해결할 수 있다. 또한, 부하 정도를 검출하는 DC-DC 변환기의 출력단과 온/오프 제어신호 생성 회로가 포토 커플러(photocoupler)를 통해 전기적으로 절연되도록 함으로써, 전기적인 스트레스로부터 회로를 안전하게 보호할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (9)

  1. DC-DC 변환기의 출력단 전류량 및 전압을 검출하고 검출된 전압 크기에 따른 차동 전압을 생성 및 출력하는 검출부;
    상기 검출부로부터의 차동 전압을 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압과 비교하여 듀티 신호를 생성하는 비교부; 및
    상기 듀티 신호의 듀티비에 대응하는 온/오프 제어신호를 생성하여 상기 DC-DC 변환기로 공급함으로써 상기 DC-DC 변환기의 온/오프를 제어하는 변환기 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기 제어 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출부는
    상기 DC-DC 변환기의 출력단에 직렬로 연결된 검출 저항, 및
    상기 검출 저항의 양단 전압차를 검출 및 증폭시켜서 상기의 차동 전압을 생성하는 차동 증폭기를 구비한 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기 제어 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비교부는
    상기 검출부로부터의 차동 전압을 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압과 비교하여 그 비교 결과에 따른 듀티 신호를 출력하는 비교기, 및
    상기 비교기로부터의 듀티 신호에 따라 턴-온 또는 턴-오프되는 스위칭 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기 제어 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 변환기 제어부는
    고전위 전압원과 상기 스위칭 트랜지스터 간에 포토 다이오드(photo diode)가 형성되고, 상기 포토 다이오드와 대응하도록 BJT( Bipolar Junction Transistor)가 형성되어 이루어진 적어도 하나의 포토 커플러(photocoupler)를 구비한 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기 제어 회로.
  5. 복수의 화소 영역을 구비하여 영상을 표시하는 영상 표시패널;
    상기 영상 표시패널을 구동하는 게이트 및 데이터 드라이버;
    외부로부터 입력되는 영상 데이터를 정렬하여 상기 데이터 드라이버에 공급함과 아울러 디밍 제어신호와 게이트 및 데이터 제어신호를 생성하여 상기 게이트 및 데이터 드라이버를 제어하는 타이밍 컨트롤러; 및
    상기의 디밍 제어신호에 따라 백 라이트의 점등 및 소등 기간을 제어하되, 상기의 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 제시된 DC-DC 변환기 제어 회로를 구비하여 자체 구비된 DC-DC 변환기의 온/오프 상태를 제어하는 백 라이트 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 영상 표시장치.
  6. 검출부를 이용하여 DC-DC 변환기의 출력단 전류량 및 전압을 검출하고 검출된 전압 크기에 따른 차동 전압을 생성 및 출력하는 단계;
    비교부를 이용하여 상기 검출부로부터의 차동 전압을 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압과 비교하여 듀티 신호를 생성하는 단계; 및
    변환기 제어부를 이용하여 상기 듀티 신호의 듀티비에 대응하는 온/오프 제어신호를 생성하고, 상기 DC-DC 변환기로 공급함으로써 상기 DC-DC 변환기의 온/오프를 제어하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기 제어 회로의 구동방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 차동 전압을 생성 및 출력하는 단계는
    차동 증폭기를 이용하여 상기 DC-DC 변환기의 출력단에 직렬로 연결된 검출 저항의 양단 전압차를 검출 및 증폭시켜서 상기의 차동 전압을 생성하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기 제어 회로의 구동방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 듀티 신호를 생성하는 단계는
    비교기를 이용하여 상기 검출부로부터의 차동 전압을 삼각파형 또는 톱니파형의 기준 전압과 비교하여 그 비교 결과에 따른 듀티 신호를 출력하는 단계, 및
    상기 듀티 신호에 따라 스위칭 트랜지스터를 턴-온 또는 턴-오프시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기 제어 회로의 구동방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 DC-DC 변환기의 온/오프 제어 단계는
    고전위 전압원과 상기 스위칭 트랜지스터 간에 포토 다이오드(photo diode)가 형성되고, 상기 포토 다이오드와 대응하도록 BJT( Bipolar Junction Transistor)가 형성되어 이루어진 적어도 하나의 포토 커플러(photocoupler)를 이용하여 상기의 온/오프 제어신호를 상기 DC-DC 변환기로 공급하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 DC-DC 변환기 제어 회로의 구동방법.
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