KR20150026470A

KR20150026470A - 광원 구동장치, 디스플레이장치 및 그 구동방법

Info

Publication number: KR20150026470A
Application number: KR20130105367A
Authority: KR
Inventors: 강정일
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2015-03-11
Also published as: US9544953B2; US20150061530A1

Abstract

본 발명은 광원 구동장치, 디스플레이장치 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 탭인덕터 부스트 컨버터 회로를 포함하는 광원 구동장치는, 탭인덕터 부스트 컨버터 회로가, 기설정된 주기에 따라 턴온 및 턴오프되는 스위칭부와; 스위칭부의 턴온에 따라 1차측 전류를 2차측 전류로 전달하는 탭 인덕터와; 스위칭부의 전압을 클램프하는 클램프 커패시터와 클램프 다이오드, 스위칭부의 스위칭 주기에 따라 충전 및 방전되어 공진을 수행하는 공진 커패시터 및 공진 커패시터를 충전 및 방전시키는 제1 및 제2 공진 다이오드를 포함하는 스너버를 포함한다. 이에 의하여, 스위칭부의 전압이 클램프되어, 공진 과정에서의 전압 스트레스의 상승이 억제되고, 스너버 구성에 따른 재료비 상승을 최소화할 수 있다.

Description

광원 구동장치, 디스플레이장치 및 그 구동방법{LIGHT SOURCE DRIVING APPARATUS, DISPLAY APPARATUS AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 광원 구동장치, 디스플레이장치 및 그 구동방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스위칭 소자의 스위칭에서 발생하는 전압 및 전류 스파이크를 억제하는 스너버를 포함하는 광원 구동장치, 디스플레이장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.

TV와 같은 디스플레이장치는 LED와 같은 광원을 구동하는 구동부에 탭인덕터 부스트 컨버터(Tapped-inductor Boost Converter, 이하 TIBC 라고도 한다) 방식이 적용된 구동회로를 포함할 수 있다.

도 1은 일반적으로 사용되는 TIBC 방식의 구동회로를 도시한 회로도이고, 도 2는 도 1의 TIBC 구동회로의 이상적인 파형을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 파형은 회로의 기생 성분을 모두 무시한 이상적인 파형으로, 실제적인 회로의 구현에 있어서 발생되는 노이즈를 전혀 반영하지 못한다. 예를 들어, 도 1의 N1과 N2는 자기적으로 결합된 인덕터를 나타낸 것으로 변압기와 같은 역할을 수행하는데, 도 1에는 변압기에 필연적으로 기생하는 누설 인덕턴스 성분 Llk가 표현되어 있지 않고, MOSFET M1에 기생하는 드레인-소스(drain-source) 간의 커패시턴스 성분 Cds도 표현이 되어 있지 않다.

그런데, 일반적인 부스트 컨버터의 경우 MOSFET 양단 전압 스트레스가 Vo와 같지만, TIBC에서는 도 2의 VD 파형에 표현된 바와 같이 MOSFET 양단의 전압 스트레스가 (N1VO+N2Vi)/(N1+N2)로 대폭 낮아지게 되는데, 누설 인덕턴스 Llk와 커패시턴스 Cds에 의하여 전압 스트레스가 낮아지는 장점이 거의 활용되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.

도 3은 주요 기생성분을 포함시킨 TIBC 방식의 구동회로를 도시한 회로도이고, 도 4는 도 3의 TIBC 구동회로의 파형을 도시한 도면이다. 도 4의 파형은 도 1의 TIBC 회로의 실제 파형으로서, 이상적인 경우를 도시한 도 2의 파형과 비교하여, 기생성분에 의한 파형 왜곡이 포함된다.

구체적으로, 도 4의 파형은 도 2의 파형과 비교하여, MOSFET M1의 턴-오프(turn-off) 시(t_off)에 매우 높은 전압 스파이크 및 이를 따르는 왜곡(ringing)이 발생하며, 그에 따라 전류 ip와 id에도 스파이크와 왜곡(ringing)이 발생함을 확인할 수 있다. 이 스파이크와 왜곡(ringing)은 기생성분인 Llk와 Cds 간의 공진에 의한 것으로, 도 3과 같이 M1의 드레인이 어디에도 클램프(clamp)되지 않은 상태로 1차와 2차 권선이 연결된 탭(tap) 부위에 연결되어 있기 때문에 Llk에 저장된 에너지가 Cds로 공진하며 전달되는 과정에서 VD가 아무런 제약없이 상승하게 된다. 즉, M1의 턴-오프 직전에 Llk에 흐르던 전류를 Ip라고 하면 VD의 스파이크의 진폭은 Ip*√(Llk/Cds)가 되어 Ip가 클 수록, Llk가 클 수록, 그리고 Cds가 작을수록 높은 전압 스파이크가 발생된다. 예를 들어, VD가 약 30V일 때 대략 150-200V의 높은 전압의 스파이크가 발생될 수 있다.

이러한 스파이크 및 왜곡을 방지하기 위한 방법으로서, 전압 클램핑이 되도록 회로를 변경하거나, 저항(R), 커패시터(C), 다이오드(D)로 이루어진 RCD 스너버(snubber) 회로를 추가하는 것을 고려해 볼 수 있다. 도 5는 도 3의 TIBC 회로에 RCD 스너버(51)를 적용한 예를 도시한 회로도이다.

그런데, 도 5와 같은, RCD 스너버는 dissipative snubber 또는 lossy sunber로서, 회로의 효율이 떨어지고 스너버 저항의 발열이 큰 단점이 있어, 구동부의 TIBC 회로에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명 실시예에 따른 탭인덕터 부스트 컨버터 회로를 포함하는 광원 구동장치는, 탭인덕터 부스트 컨버터 회로는, 기설정된 주기에 따라 턴온 및 턴오프되는 스위칭부와; 스위칭부의 턴온에 따라 1차측 전류를 2차측 전류로 전달하는 탭 인덕터와; 스위칭부의 전압을 클램프하는 클램프 커패시터와 클램프 다이오드, 스위칭부의 스위칭 주기에 따라 충전 및 방전되어 공진을 수행하는 공진 커패시터 및 공진 커패시터를 충전 및 방전시키는 제1 및 제2 공진 다이오드를 포함하는 스너버를 포함할 수 있다.

클램프 커패시터는 스위칭 주기 내 소정 전압을 유지하는 대용량의 커패시터일 수 있다.

공진 커패시터는 스위칭 주기 내 완전 충전 및 방전이 수행되는 작은 용량의 커패시터일 수 있다.

클램프 커패시터 및 공진 커패시터의 용량은 스위칭부의 드레인-소스 커패시터의 용량보다 크게 설정될 수 있다.

스위칭부의 전압은 클램프 커패시터의 전압에 클램프될 수 있다.

클램프 커패시터의 전압은 탭인덕터 부스트 컨버터 회로 출력전압과 입력전압을 탭인덕터의 턴 비로 분배한 값을 가질 수 있다.

스너버는 스위칭부의 주기에 따른 전류연속 모드로 동작할 수 있다.

스위칭부는 공진 커패시터가 방전된 상태에서 턴온될 수 있다.

탭인덕터 부스트 컨버터 회로는, 스위칭부가 턴온되면, 탭 인덕터의 2차측 전류방향을 변경하고, 스위칭부의 누설 인덕턴스와의 공진을 수행하여 공진 커패시터를 충전할 수 있다.

탭인덕터 부스트 컨버터 회로는, 기설정된 전압 조건에 따라 추가 공진을 선택적으로 수행할 수 있다.

탭인덕터 부스트 컨버터 회로는, 스위칭부의 턴오프에 따라 상승하는 스위칭부의 드레인 전압을 클램프 커패시터의 전압에 클램프하고, 공진 커패시터를 방전할 수 있다.

한편, 본 발명 실시예에 따른 디스플레이장치는, 영상을 표시하는 디스플레이부와; 디스플레이부를 구동하며, 탭인덕터 부스트 컨버터 회로를 포함하는 구동부를 포함하며, 탭인덕터 부스트 컨버터 회로는, 기설정된 주기에 따라 턴온 및 턴오프되는 스위칭부와; 스위칭부의 턴온에 따라 1차측 전류를 2차측 전류로 전달하는 탭 인덕터와; 스위칭부의 전압을 클램프하는 클램프 커패시터와 클램프 다이오드, 스위칭부의 스위칭 주기에 따라 충전 및 방전되어 공진을 수행하는 공진 커패시터 및 공진 커패시터를 충전 및 방전시키는 제1 및 제2 공진 다이오드를 포함하는 스너버를 포함할 수 있다.

클램프 커패시터는 스위칭 주기 내 소정 전압을 유지하는 대용량의 커패시터이고, 공진 커패시터는 스위칭 주기 내 완전 충전 및 방전이 수행되는 작은 용량의 커패시터일 수 있다.

스위칭부는 공진 커패시터가 방전된 상태에서 턴온되며, 탭인덕터 부스트 컨버터 회로는, 스위칭부가 턴온되면, 탭 인덕터의 2차측 전류방향을 변경하고, 스위칭부의 누설 인덕턴스와의 공진을 수행하여 공진 커패시터를 충전할 수 잇다.

한편, 본 발명 실시예에 따른 기설정된 주기에 따라 턴온 및 턴오프되는 스위칭부와, 스위칭부의 턴온에 따라 1차측 전류를 2차측으로 전달하는 탭인덕터와, 탭인덕터의 2차측에 마련되어 전류연속 모드로 동작하는 스너버를 포함하는 탭인덕터 부스트 컨버터 회로를 포함하는 광원 구동장치의 구동방법은, 스너버의 공진 커패시터가 방전된 상태에서 스위칭부가 턴온되는 단계와; 스위칭부의 턴온에 따라 탭인덕터의 1차측 전류가 상기스위칭부로 전달되는 단계와; 탭인덕터의 2차측 전류방향이 변경되는 단계와; 스위칭부의 누설 인덕턴스와 공진 캐패시터가 공진을 수행하여, 공진 캐패시터가 충전되는 단계를 포함할 수 있다.

기설정된 전압 조건에 따라 탭인덕터 부스트 컨버터 회로가 추가 공진을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

스위칭부가 턴오프되는 단계와; 스위칭부의 턴오프에 따라 스위칭부의 드레인 전압이 상승하는 단계를 더 포함할 수 있다.

스위칭부의 드레인 전압이 클램프 커패시터의 전압에 클램프되는 단계와; 공진 커패시터를 방전하는 단계를 더 포함할 수 있다.

클램프 커패시터는 스위칭 주기 내 소정 전압을 유지하는 대용량의 커패시터이며, 공진 커패시터는 스위칭 주기 내 완전 충전 및 방전이 수행되는 작은 용량의 커패시터일 수 있다.

도 1은 일반적으로 사용되는 TIBC 방식의 구동회로를 도시한 회로도이며,
도 2는 도 1의 TIBC 구동회로의 이상적인 파형을 도시한 도면이며,
도 3은 주요 기생성분을 포함시킨 TIBC 방식의 구동회로를 도시한 회로도이며,
도 4는 도 3의 TIBC 구동회로의 파형을 도시한 도면이며,
도 5는 도 3의 TIBC 회로에 RCD 스너버를 적용한 예를 도시한 회로도이며,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치의 구성을 도시한 블록도이며,
도 7은 본 발명 실시예에 따른 디스플레이장치의 구동부에 마련된 TIBC 회로를 도시한 회로도이며,
도 8 및 도 12는 TIBC 회로의 동작모드에 따른 파형을 도시한 도면이며,
도 9 내지 도 11 및 도 13 내지 도 15는 도 7의 TIBC 회로의 동작모드 별 등가회로를 도시한 회로도이며,
도 16은 본 발명 실시예에 따른 광원 구동장치의 구동방법을 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 디스플레이장치(100)의 구성을 도시한 블록도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 디스플레이장치(100)는 외부의 영상공급원(미도시)으로부터 제공되는 영상신호를 기 설정된 영상처리 프로세스에 따라서 처리하여 영상으로 표시한다.

본 실시예의 디스플레이장치(100)는 방송국의 송출장비로부터 수신되는 방송신호/방송정보/방송데이터에 기초한 방송 영상을 처리하는 TV로 구현되는 경우에 관해 설명한다. 그러나, 본 발명의 사상이 디스플레이장치(100)의 구현 예시에 한정되지 않는 바, 디스플레이장치(100)는 TV 이외에도 영상을 처리 가능한 다양한 종류의 구현 예시 예컨대, 모니터 등에도 적용될 수 있다.

또한, 디스플레이장치(100)는 표시 가능한 영상의 종류가 방송 영상에 한정되지 않는 바, 예를 들면 디스플레이장치(100)는 다양한 형식의 영상공급원(미도시)으로부터 수신되는 신호/데이터에 기초한 동영상, 정지영상, 어플리케이션(application), OSD(on-screen display), 다양한 동작 제어를 위한 GUI(graphic user interface) 등의 영상을 표시하도록 처리할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 디스플레이장치(100)는 스마트 TV로 구현될 수 있다. 스마트 TV는 실시간으로 방송신호를 수신하여 표시할 수 있고, 웹 브라우저 기능을 가지고 있어 실시간 방송신호의 표시와 동시에 인터넷을 통하여 다양한 컨텐츠 검색 및 소비가 가능하고 이를 위하여 편리한 사용자 환경을 제공할 수 있는 TV이다. 또한, 스마트 TV는 개방형 소프트웨어 플랫폼을 포함하고 있어 사용자에게 양방향 서비스를 제공할 수 있다. 따라서, 스마트TV는 개방형 소프트웨어 플랫폼을 통하여 다양한 컨텐츠, 예를 들어 소정의 서비스를 제공하는 어플리케이션을 사용자에게 제공할 수 있다. 이러한 어플리케이션은 다양한 종류의 서비스를 제공할 수 있는 응용 프로그램으로서, 예를 들어 SNS, 금융, 뉴스, 날씨, 지도, 음악, 영화, 게임, 전자 책 등의 서비스를 제공하는 어플리케이션을 포함한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 디스플레이장치(100)는 영상신호를 수신하는 영상수신부(110)와, 영상수신부(110)에 수신되는 영상신호를 처리하는 영상처리부(120)와, 영상처리부(120)에 의해 처리되는 영상신호를 영상으로 표시하는 디스플레이부(130)와, 디스플레이부(130)를 구동하는 구동부(140)와, 디스플레이장치(100)의 제반 구성의 동작을 제어하는 제어부(150)를 포함한다.

영상수신부(110)는 영상신호를 수신하여 영상처리부(120)에 전달하며, 수신하는 영상신호의 규격 및 디스플레이장치(100)의 구현 형태에 대응하여 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 영상수신부(110)는 방송국(미도시)으로부터 송출되는 RF(radio frequency)신호를 무선으로 수신하거나, 컴포지트(composite) 비디오, 컴포넌트(component) 비디오, 슈퍼 비디오(super video), SCART, HDMI(high definition multimedia interface) 규격 등에 의한 영상신호를 유선으로 수신할 수 있다. 영상수신부(110)는 영상신호가 방송신호인 경우, 이 방송신호를 채널 별로 튜닝하는 튜너(tuner)를 포함한다.

또한, 영상신호는 외부기기로부터 입력될 수 있으며, 예컨대, 영상신호는 PC, AV기기, 스마트폰, 스마트패드 등과 같은 외부기기로부터 입력될 수 있다. 또한, 영상신호는 인터넷 등과 같은 네트워크를 통해 수신되는 데이터로부터 기인한 것일 수 있다. 이 경우, 디스플레이장치(100)는, 도시되지 않으나, 네트워크를 통해 통신을 수행하는 통신부를 더 포함할 수 있다. 또한, 영상신호는 플래시메모리, 하드디스크 등과 같은 비휘발성의 저장부(미도시)에 저장된 데이터로부터 기인한 것일 수 있다. 저장부는 디스플레이장치(100)의 내부 또는 외부에 마련될 수 있으며, 외부에 마련되는 경우 저장부가 연결되는 연결부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

영상처리부(120)는 영상신호에 대해 기 설정된 다양한 영상처리 프로세스를 수행한다. 영상처리부(120)는 이러한 프로세스를 수행한 영상신호를 디스플레이부(130)에 출력함으로써, 디스플레이부(130)에 영상이 표시되게 한다.

영상처리부(120)가 수행하는 영상처리 프로세스의 종류는 한정되지 않으며, 예를 들면 다양한 영상 포맷에 대응하는 디코딩(decoding), 디인터레이싱(de-interlacing), 프레임 리프레시 레이트(frame refresh rate) 변환, 스케일링(scaling), 영상 화질 개선을 위한 노이즈 감소(noise reduction), 디테일 강화(detail enhancement), 라인 스캐닝(line scanning) 등을 포함할 수 있다.

영상처리부(120)는 이러한 각 프로세스를 독자적으로 수행할 수 있는 개별적 구성의 그룹으로 구현되거나, 또는 여러 기능을 통합시킨 SoC(system-on-chip)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 영상처리부(120)는 이러한 프로세스를 수행하기 위한 다양한 칩셋(미도시), 메모리(미도시), 전자부품(미도시), 배선(미도시) 등의 회로 구성이 인쇄회로기판(미도시) 상에 실장된 영상보드로 구현될 수 있다. 여기서, 본 발명 디스플레이장치(100)에서는 영상수신부(110), 영상처리부(120) 및 제어부(150)가 단일의 영상보드에 마련될 수 있다. 물론, 이는 일례에 불과하고 서로 통신 가능하게 연결된 복수의 인쇄회로기판에 배치될 수도 있다. 영상보드는 케이싱에 수용될 수 있다.

디스플레이부(130)는 영상처리부(120)에 의해 처리되는 영상신호에 기초하여 영상을 표시한다. 디스플레이부(130)의 구현 방식은 한정되지 않으며, 평판 디스플레이(FPD: Flat Pane Display)로서, 예컨대 액정(liquid crystal), 플라즈마(plasma), 발광 다이오드(LED: light-emitting diode), 유기발광 다이오드(OLED: organic light-emitting diode), 면전도 전자총(surface-conduction electron-emitter), 탄소 나노 튜브(carbon nano-tube), 나노 크리스탈(nano-crystal) 등의 다양한 디스플레이 방식으로 구현될 수 있다.

디스플레이부(130)는 그 구현 방식에 따라서 부가적인 구성을 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(130)는 영상을 표시하는 패널(131)을 포함할 수 있으며, 디스플레이부(130)가 액정 또는 발광 다이오드(LED) 방식으로 구현된 경우, 패널(131)에 광을 공급하는 광원부(132)(이하, 백라이트유닛 이라고도 한다)(132)을 더 포함할 수 있다. 광원부(132)의 형태는 디스플레이부(130)의 패널(131)의 적어도 하나의 에지에 배치되는 에지형과, 패널(131)의 후면에 배치되는 직하형을 포함한다.

구동부(140)는 디스플레이부(130)의 패널(131)을 구동하며, 본 발명의 광원 구동장치의 일례로서, 적어도 하나의 회로 소자가 마련되는 독립된 PCB(Printed Circuit Board)의 형태로 구현될 수 있다. 다른 실시예로서, 구동부(140)는 디스플레이부(130)에 포함, 예를 들어, 광원부(132)와, 구동부(140)가 하나의 장치로 구현될 수도 있다. 구동부(140)는 디스플레이부(130)의 광원 예를 들어, LED와 같은 백라이트로부터 원하는 광량이 발광되도록 광원부(132)에 공급되는 전류를 제어한다.

본 실시예에서는 디스플레이부(130)가 LED 방식으로 구현되어, 구동부(140)가 LED 드라이버(driver)인 경우를 예로 들어 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 예를 들어, 광원부(132)가 LCD 백라이트를 포함하거나, 패널(131)이 OLED로 이루어진 발광셀을 포함하는 경우에도 적용 가능하다. 패널(131)이 OLED 방식으로 구현된 경우, 구동부(140)는 패널(131) 내의 발광셀로부터 원하는 광량이 발광되도록 각 발광셀에 공급되는 전류를 제어할 수 있다.

제어부(150)는 디스플레이장치(100)의 다양한 구성에 대한 제어동작을 수행한다. 예를 들면, 제어부(150)는 영상처리부(120)가 처리하는 영상처리 프로세스의 진행, 리모트 컨트롤러로부터의 커맨드에 대한 대응 제어동작을 수행함으로써, 디스플레이장치(100)의 전체 동작을 제어한다. 제어부(150)는 예를 들어 CPU에 펌웨어/소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 본 발명 디스플레이장치(100)의 제어부(150)는 영상처리부(120)에서 처리되는 영상신호에 대응하여 디스플레이부(130)가 구동되도록 구동부(140)를 제어한다.

도 7은 본 발명 실시예에 의한 디스플레이장치(100)의 구동부(140)에 마련되며, 무손실 스너버(141)(이하, 스너버 또는 스너버부 라고도 한다)를 포함하는 TIBC 회로를 도시한 회로도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 TIBC 회로는 기설정된 주기에 따라 턴온 및 턴오프되는 스위칭부 M1와, 자기적으로 결합되어 스위칭부 M1의 턴온에 따라 전류를 전달하는 탭 인덕터 N1, N2와, 스위칭부 M1의 스위칭 주기에 따라 공진을 수행하는 스너버(141)를 포함한다. 스너버(141)는 탭 인덕터 N1, N2의 2차측에 마련된다.

도 7에 도시된 본 실시예의 탭인덕터 부스트 컨버터(TIBC) 회로의 무손실 스너버(141)는 스위칭부 M1의 주기에 따른 전류연속 모드(이하, 동작모드 라고도 한다)로 동작하며, 별도의 보조 인덕터는 사용되지 않는다.

도 8 및 도 12는 TIBC 회로의 동작모드에 따른 파형을 도시한 도면 이고, 도 9 내지 도 11 및 도 13 내지 도 15는 도 7의 TIBC 회로의 동작모드 별 등가회로를 도시한 회로도이다.

본 실시예에 따른 TIBC 회로는, 도 8 및 도 12와 같은 기설정된 주기(T)에 따라 스위칭부 M1이 턴온 및 턴오프되는 스위칭을 수행하며, M1의 스위칭 주기에 따라 공진을 수행한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 무손실 스너버(141)는 MOSFET으로 구현된 스위칭부 M1 전압의 클램핑(clamping)을 위한 클램프 커패시터 Cc, 클램프 다이오드 Dc, 공진 커패시터 CR, CR을 충전 및 방전하기 위한 공진 보조 다이오드 DR1, DR2를 포함한다. N1와 N2는 탭인덕터의 1차 및 2차 턴 수, Lm과 L1k는 1차측에서 본 탭인덕터의 자화 인덕턴스 및 누설 인덕턴스를 나타내고, Cds는 M1의 드레인-소스 커패시터를 나타낸다. 클램프 커패시터 Cc는 M1의 드레인-소스 커패시터 Cds에 병렬 연결되어 Cds의 전압 Vds를 클램프(clamp)하며, Dc와 함께 Vds가 비정상적으로 상승하지 않도록 억제한다.

CR의 용량은 스위칭 주기 내 완전히 충방전을 할 수 있을 만큼 충분히 작고, 한편으로 Cds를 2차 측에서 본 값인 Cds/((1+N2/N1)^2)보다 충분히 큰 값을 가지도록 설정된다. Cc의 용량은 스위칭 주기 내 소정 전압을 유지할 수 있도록 CR 용량의 수십 배 이상으로 충분히 큰 값을 가지도록 설정된다. 여기서, 바람직하게는 각 커패시터의 용량이 Cc≫CR≫Cds의 값을 가지도록 설정된다. 또한, Dc, DR1, DR2는 도통 구간이 짧은 매우 작은 용량의 다이오드가 된다.

스너버(141)가 장착된 회로의 입출력 전압비 Vo/Vi는 스너버를 포함하지 않는 도 3 의 회로와 동일한 (1+D*N2/N1)/(1-D)로 근사할 수 있다. 여기서, D=Ton/T 즉, 스위칭부 M1의 스위칭 주기 T 내에서 스위칭부 M1이 온 되는 구간(ON time)의 비율로서, 0~1 사이의 값을 가지도록 설정되며, 예를 들어 0.66, 0.7 등으로 설정될 수 있다.

MOSFET M1이 턴온(turn-on)되기 전에 CR은 완전히 방전되어 VR=0V를 유지한다. 클램프 커패시터 Cc의 전압 Vc는 Vo와 Vi를 탭인덕터의 턴 비로 분배한 값으로서 (N1VO+N2Vi)/(N1+N2)가 되며, MOSFET M1의 드레인 전압 Vds는 Cc에 클램프 되어 마찬가지로 (N1VO+N2Vi)/(N1+N2)의 전압을 유지한다.

또한, Lm은 충분히 큰 값을 가지므로 스너버(141) 동작 중 Lm에 흐르는 전류는 대체적으로 일정하게 유지되고, Vi, Vo 및 광원부(132)로 공급되는 구동전류 Io도 리플없이 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.

이하, 도 8 내지 도 15를 참조하여 각 동작모드 별로 회로의 동작에 관하여 설명하기로 한다. 여기서, 동작모드는 도 8과 같이 스위칭부 M1의 1주기(T) 내에서 시간의 흐름(t0~t6)에 따라 순차적으로 동작될 수 있다.

온 모드 1(ON Mode 1)(t0~t1)

Lm에 흐르는 전류 im은 IM1과 같고, CR은 완전히 방전되어 있는 상태에서, 도 8과 같이 t0 시점에서 MOSFET M1이 턴-온(turn-on)되면서 온 모드 1이 시작된다.

온 모드 1에서는 도 9에 도시된 바와 같이 DR1, DR2, Dc는 모두 오프되고, 도 8과 같이 전류 ip, id는 L1k에 의한 유한한 기울기로 변화하며, 1차측 전류 ip가 모두 M1으로 옮겨져 2차측 전류 is가 0이 되면서 온 모드 1이 종료된다.

온 모드 2(ON Mode 2)(t1~t2)

Cc에 의해 t=t1에서 0이 된 is가 전류방향을 변경하여 DR1이 턴온되어 도 10과 같은 회로가 형성되면서 온 모드 2가 시작된다. 여기서, Cc≫Cr이므로 Vc의 변동은 무시될 수 있다.

M1이 턴온되면 도 7의 T 지점의 전압은 0이 되고, Y 지점은 음의 전압으로 내려가고자 하나 CR에 의해 전압 변화가 억제되고 Llk에 의해 전류 변화가 억제되어 도 10과 같은 등가회로를 형성하며, CR은 Llk와의 공진에 의해 충전된다. 공진 전류는 도 10과 같이 Cc의 + 단자를 나와 CR의 + 단자로 들어간 후 권선 N2를 거쳐 N1으로 전달되어, 도 10과 같이 1차측을 시계방향으로 흐르게 된다.

온 모드 3(ON Mode 3)(t2~t3)

도 8에 도시된 바와 같이, 공진 반주기가 경과된 t2 시점에서 CR의 충전이 완료되어 전압 VR이 피크(peak)에 도달하면, CR을 흐르는 전류 is는 0이 된다. 여기서, 본 실시예의 스너버(141)는 소정 조건에 따라 추가적인 공진을 더 수행 할 수 있다.

구체적으로, CR의 충전이 완료되면 전류방향을 변경하려고 하지만, DR1이 오프(OFF)되고 DR2가 온(ON)되면서 X 지점의 전압은 Vo로 클램프된다. X 지점이 Vo에 클램프된 후 Y 지점의 전압에 따라 온 모드 2에서의 CR의 전류 방향이 변경이 결정될 수 있다.

여기서, Y 지점의 전압이 Vi*N2/N1보다 높으면 전류는 다시 증가하고자 하므로, DR2는 다시 오프 되고 DR1은 다시 온 이 된다. Y 지점의 전압이 Vi*N2/N1이 높은 경우는 Lm에 0 전압이 걸리는 조건이 되며, 이 경우가 온 모드 3로서, 전류는 DR2와 DR1을 빠른 속도로 번갈아 온/오프시키면서 0으로 수렴하여 Y 지점의 전압은 결국 Vi*N2/N1에 정착하고 스너버 동작이 종료된다. 도 8의 파형은 Y 지점의 전압이 Vi*N2/N1보다 높은 경우를 도시한 것으로, 이 경우는 D>0.5*(1+N1/N2)의 조건에서 발생된다.

온 모드 4(ON Mode 4)(t2~t3)

한편, Y 지점의 전압이 Vi*N2/N1보다 낮으면 온 모드 2에서 0이 된 CR의 전류가 방향을 바꾸어 도 11과 같은 등가회로를 형성하며 공진이 지속된다. 이를 온 모드 4라고 한다. 이 때의 동작 파형은 도 12와 같다. 도 11을 참조하면, 온 모드 3와 마찬가지로 CR의 전압 VR이 밸리(valley)에 도달하면 CR의 전류는 0이 되고, 이어서 전류방향을 변경하려고 하지만, DR1이 오프 되고 DR2가 온 되면서 X 점의 전압은 Vc에 클램프된다. 여기서, Y 지점의 전압이 Vi*N2/N1보다 낮으면, 도 12와 같이 더 이상의 공진을 하지 못하고, Y 지점의 전압은 -ViN2/N1에 정착하고 스너버 동작이 종료되게 된다.

만일, CR의 전압 VR의 밸리 시점에서 Y 지점의 전압이 Vi*N2/N1보다 높으면 공진 전류의 방향이 바뀌게 되어 온 모드 2와 유사한 공진이 다시 발생하며, 공진 전류가 0이 되는 시점의 Y 지점의 전압이 Vi*N2/N1보다 높게 되면 온 모드 3와 동일한 동작을 하며 스너버 동작이 종료된다.

온 모드 2에서와 마찬가지로 Y 지점의 전압이 Vi*N2/N1보나 낮은 경우 온 모드 4가 다시 시작된다. 이와 같은 온 모드 2 내지 4의 반복은 공진 전류가 방향을 바꾸지 못하고 Y 지점의 전압이 Vi*N2/N1에 정착할 때까지 예를 들어, 도 12의 ta 시점까지 반복적으로 수행될 수 있다.

상기와 같은 본 발명 실시예에서는 온 모드 2가 경과한 t2 시점 즉, is가 0이 되고, VR은 최대 전압으로 충전이 된 경우, 1차측에서 본 VR-Vo 전압이 Vi보다 크게 되면 is가 방향을 바꾸고 DR2가 도통하면서 L1k와 CR의 추가적인 공진 모드가 발생하는 것으로, Vo>(N2/N1)(N2+3N1/N2-N1)*Vi 의 조건을 만족하는 경우, 이러한 추가적인 공진모드는 발생하지 않을 수 있다.

온 모드 5(ON Mode 5)(t2~t3)

스너버(141) 회로의 동작이 종료되면, Vi에 의해 Lm 전류가 빌드 업(build-up)되며, 이는 기존의 스너버 없는 TIBC 동작과 동일하므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.

오프 모드 1(OFF Mode 1)(t3~t4)

t3 시점에서 M1이 턴-오프되면서 오프 모드 1이 시작된다. M1이 OFF되면 Lm과 Llk에 흐르던 1차 전류 즉, Lm에 흐르는 정전류 IM2에 의해 Cds가 충전되면서 Vds 전압이 상승한다. Vds 전압은 상승하다가 Dc가 온 되면서 더 이상 상승하지 못하고 Vc에 클램프되며, X 지점은 Vo에 클램프된다. 이후, 도 13의 회로와 같이 동작하며, Cc≫Cds 이므로 권선 탭의 전류 it가 모두 Cc로 흐르며, 각 전류는 L1k에 의한 유한한 기울기로 변화한다. 이 모드의 시점에서 1차 전류 ip를 도 8과 같이 Ip라고 할 때, ip는 Ip/(1+N2/N1)까지 하강하며 ip=is가 된다. 여기서, 탭 전류 it가 0이 되는 순간 ip=is가 되면서 이 모드는 종료된다. CR은 이 전류에 의해 선형으로 방전된다.

오프 모드 2(OFF Mode 2)(t4~t5)

L1k와 Cds의 공진에 의한 고주파 성분과 IM2에 의해 CR이 방전되는 저주파 성분의 중첩으로 이루어지는 모드로, 고주파 공진은 자유롭게 이루어지지 못하고 Vc에 클램프되어 감쇄된다. 도 8의 t5 시점에서 CR은 완전히 방전되며, 등가 회로는 도 14와 같다. CR의 방전이 완료되면 스너버가 리셋되면서 동작이 종료된다.

오프 모드 3(OFF Mode 3)(t5~t6)

CR이 완전히 방전되고 스너버(141) 동작이 종료된 후, D1이 도통(ON)되고 DR2가 오프되면서 시작되는 모드로, Cc≫Cds라 가정하였으므로 등가회로는 도 15 와 같이 형성된다. 공진 반주기 후 t6 시점에서 ic=0이 되면서 이 모드는 종료된다. 이후의 동작은 스너버 없는 기존의 탭인덕터 부스트 컨버터와 동일하다.

이하, 본 실시예에 따른 광원 구동장치(140)의 구동방법에 관해 도면을 참조하여 설명한다.

도 16은 본 발명 일실시예에 의한 스위칭부의 주기에 따라 전류연속 모드로 동작하는 광원 구동장치(140)의 구동방법을 도시한 흐름도이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 광원 구동장치(140)의 TIBC 회로는 공진 커패시터 CR이 완전히 방전된 상태에서 스위칭부 M1이 턴온된다(S201).

단계 S201에서 M1이 턴온되면, 탭 인덕터 N1, N2의 1차측 전류 ip가 M1으로 전달되며, N1, N2의 2차측 전류 is는 0이 된다(S202). 여기서, 단계 S201, S202는 온 모드 1에 해당한다.

단계 S202에서 0이 된 is가 전류방향을 변경하여, 제1 공진 다이오드 DR1이 턴온된다(S203).

그리고, M1의 누설 인덕턴스 Llk와의 공진에 의해 공진 커패시터 CR이 충전된다(S204). 여기서, 단계 S203, S204는 온 모드 2에 해당한다.

CR의 충전이 완료된 이후에, 본 발명의 TIBC 회로는 소정 전압 조건에 따라 추가 공진모드가 선택적으로 수행될 수 있다(S205). 여기서, 수행되는 추가 공진모드는 온 모드 3 또는 온 모드 4에 해당된다.

이후, 기설정된 주기에 따라 스위칭부 M1이 턴오프된다(S206).

단계 S206에서 M1이 턴오프됨에 따라, M1의 드레인 전압 Vds가 상승한다(S207). 여기서, 단계 S205, S206은 오프 모드 1에 해당한다.

단계 S207에서 상승하는 Vds는 클램프 다이오드 Dc가 온 되면서 더 이상 상승하지 못하고 클램프 커패시터의 전압 Vc에 클램프된다(S208). 여기서, 단계 S207, S208은 오프 모드 2에 해당하며, Vds가 Vc에 클램프되므로, 전압 스트레스 상승이 억제된다.

그리고, 공진 커패시터 CR이 방전된다(S209).

단계 S209의 방전이 완료되면, 스너버(141)가 리셋된다(S210). 여기서, 단계 S209, S210는 오프 모드 3에 해당한다. 이에, 스위칭부 M1의 제1 주기가 종료되며, 이후 단계 S201 내지 S210 과정이 반복되어, 제2, 제3 주기가 연속적으로 수행되게 된다.

한편, 상기와 같은 본 발명 실시예에서는 LED TV와 같은 디스플레이장치의 광원(백라이트유닛)을 구동하는 구동회로로서 TIBC 회로가 마련되고, TIBC 회로 내에 스너버가 구비된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니므로, 예를 들어, TIBC 회로를 포함하는 LED 조명의 구동장치에도 적용될 수 있을 것이다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 본 발명 무손실 스너버(141)를 포함하는 TIBC 회로는 MOSFET M1의 턴오프(turn-off) 전압이 Cc에 의해 (N1VO+N2Vi)/(N1+N2)에 클램프 되고 CR의 충방전 및 공진을 통해 에너지가 회생된다. 여기서, 스너버(141)는 스위칭 주기 내 특정 전압을 유지할 수 있는 대용량 Cc 하나와, 스위칭 주기 내 완전 충방전을 하도록 상당히 작은 용량의 CR 하나와, 도통 구간이 아주 짧은 아주 작은 용량의 DC, DR1, DR2의 간단한 회로로 구성될 수 있으며, 추가적인 보조 인덕터를 필요로 하지 않는다. 또한, MOSFET의 턴 오프(turn-off) 전압이 (N1VO+N2Vi)/(N1+N2)에 클램프되므로, 낮은 내압의 MOSFET을 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명 실시예에 따른 무손실 스너버(141)가 구비된 TIBC 회로는 스위칭부 M1의 전압 Vds가 Cc에 의해 (N1VO+N2Vi)/(N1+N2)로 클램프되어, 공진 과정에서의 전압 스트레스의 상승이 억제될 수 있다.

또한, 본 발명 실시예에 따른 스너버(141)는 커패시터와 다이오드로만 구성된 무손실 스너버(lossless snubber)로서, 대용량 커패시터를 제외한 나머지 소자는 작은 용량으로도 구현 가능하므로, 스너버 구성에 따른 재료비 상승을 최소화할 수 있다.

이에 따라, 높은 승압비를 요구하는 응용 예에 유용하게 사용되며, 특히 D>0.5*(1+N1/N2)의 조건에서 스너버의 동작이 간소화되어 원래의 TIBC의 기본적인 특성을 최대한 보전할 수 있는 효과가 있다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.

100 : 디스플레이장치 110 : 영상수신부
120 : 영상처리부 130 : 디스플레이부
131 : 패널 132 : 광원부
140 : 구동부 141 : 스너버
150 : 제어부

Claims

탭인덕터 부스트 컨버터 회로를 포함하는 광원 구동장치에 있어서,
상기 탭인덕터 부스트 컨버터 회로는,
기설정된 주기에 따라 턴온 및 턴오프되는 스위칭부와;
상기 스위칭부의 턴온에 따라 1차측 전류를 2차측 전류로 전달하는 탭 인덕터와;
상기 스위칭부의 전압을 클램프하는 클램프 커패시터와 클램프 다이오드, 상기 스위칭부의 스위칭 주기에 따라 충전 및 방전되어 공진을 수행하는 공진 커패시터 및 상기 공진 커패시터를 충전 및 방전시키는 제1 및 제2 공진 다이오드를 포함하는 스너버를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 클램프 커패시터는 상기 스위칭 주기 내 소정 전압을 유지하는 대용량의 커패시터인 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 공진 커패시터는 상기 스위칭 주기 내 완전 충전 및 방전이 수행되는 작은 용량의 커패시터인 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
제3항에 있어서,
상기 클램프 커패시터 및 상기 공진 커패시터의 용량은 상기 스위칭부의 드레인-소스 커패시터의 용량보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 스위칭부의 전압은 상기 클램프 커패시터의 전압에 클램프되는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
제5항에 있어서,
상기 클램프 커패시터의 전압은 상기 탭인덕터 부스트 컨버터 회로 출력전압과 입력전압을 상기 탭인덕터의 턴 비로 분배한 값을 가지는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스너버는 상기 스위칭부의 주기에 따른 전류연속 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
제7항에 있어서,
상기 스위칭부는 상기 공진 커패시터가 방전된 상태에서 턴온되는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
제8항에 있어서,
상기 탭인덕터 부스트 컨버터 회로는, 상기 스위칭부가 턴온되면, 상기 탭 인덕터의 2차측 전류방향을 변경하고, 상기 스위칭부의 누설 인덕턴스와의 공진을 수행하여 상기 공진 커패시터를 충전하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
제9항에 있어서,
상기 탭인덕터 부스트 컨버터 회로는, 기설정된 전압 조건에 따라 추가 공진을 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
제9항에 있어서,
상기 탭인덕터 부스트 컨버터 회로는, 상기 스위칭부의 턴오프에 따라 상승하는 상기 스위칭부의 드레인 전압을 상기 클램프 커패시터의 전압에 클램프하고, 상기 공진 커패시터를 방전하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치.
디스플레이장치에 있어서,
영상을 표시하는 디스플레이부와;
상기 디스플레이부를 구동하며, 탭인덕터 부스트 컨버터 회로를 포함하는 구동부를 포함하며,
상기 탭인덕터 부스트 컨버터 회로는,
기설정된 주기에 따라 턴온 및 턴오프되는 스위칭부와;
상기 스위칭부의 턴온에 따라 1차측 전류를 2차측 전류로 전달하는 탭 인덕터와;
상기 스위칭부의 전압을 클램프하는 클램프 커패시터와 클램프 다이오드, 상기 스위칭부의 스위칭 주기에 따라 충전 및 방전되어 공진을 수행하는 공진 커패시터 및 상기 공진 커패시터를 충전 및 방전시키는 제1 및 제2 공진 다이오드를 포함하는 스너버를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제12항에 있어서,
상기 클램프 커패시터는 상기 스위칭 주기 내 소정 전압을 유지하는 대용량의 커패시터이고, 상기 공진 커패시터는 상기 스위칭 주기 내 완전 충전 및 방전이 수행되는 작은 용량의 커패시터인 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제12항에 있어서,
상기 스위칭부의 전압은 상기 클램프 커패시터의 전압에 클램프되는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제14항에 있어서,
상기 클램프 커패시터의 전압은 상기 탭인덕터 부스트 컨버터 회로 출력전압과 입력전압을 상기 탭인덕터의 턴 비로 분배한 값을 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위칭부는 상기 공진 커패시터가 방전된 상태에서 턴온되며,
상기 탭인덕터 부스트 컨버터 회로는, 상기 스위칭부가 턴온되면, 상기 탭 인덕터의 2차측 전류방향을 변경하고, 상기 스위칭부의 누설 인덕턴스와의 공진을 수행하여 상기 공진 커패시터를 충전하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
제16항에 있어서,
상기 탭인덕터 부스트 컨버터 회로는, 상기 스위칭부의 턴오프에 따라 상승하는 상기 스위칭부의 드레인 전압을 상기 클램프 커패시터의 전압에 클램프하고, 상기 공진 커패시터를 방전하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
기설정된 주기에 따라 턴온 및 턴오프되는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 턴온에 따라 1차측 전류를 2차측으로 전달하는 탭인덕터와, 상기 탭인덕터의 2차측에 마련되어 전류연속 모드로 동작하는 스너버를 포함하는 탭인덕터 부스트 컨버터 회로를 포함하는 광원 구동장치의 구동방법에 있어서,
상기 스너버의 공진 커패시터가 방전된 상태에서 상기 스위칭부가 턴온되는 단계와;
상기 스위칭부의 턴온에 따라 상기 탭인덕터의 1차측 전류가 상기스위칭부로 전달되는 단계와;
상기 탭인덕터의 2차측 전류방향이 변경되는 단계와;
상기 스위칭부의 누설 인덕턴스와 공진 캐패시터가 공진을 수행하여, 상기 공진 캐패시터가 충전되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치의 구동방법.
제18항에 있어서,
기설정된 전압 조건에 따라 상기 탭인덕터 부스트 컨버터 회로가 추가 공진을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치의 구동방법.
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 스위칭부가 턴오프되는 단계와;
상기 스위칭부의 턴오프에 따라 상기 스위칭부의 드레인 전압이 상승하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치의 구동방법.
제20항에 있어서,
상기 스위칭부의 드레인 전압이 클램프 커패시터의 전압에 클램프되는 단계와;
상기 공진 커패시터를 방전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치의 구동방법.
제21항에 있어서,
상기 클램프 커패시터의 전압은 상기 탭인덕터 부스트 컨버터 회로 출력전압과 입력전압을 상기 탭인덕터의 턴 비로 분배한 값을 가지는 것을 특징으로 하는 광원 구동장치의 구동방법.
제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 클램프 커패시터는 상기 스위칭 주기 내 소정 전압을 유지하는 대용량의 커패시터이며, 상기 공진 커패시터는 상기 스위칭 주기 내 완전 충전 및 방전이 수행되는 작은 용량의 커패시터인 것을 특징으로 하는 광원 구동장치의 구동방법.