KR20200061454A - 컨버터 제어 장치 및 방법 - Google Patents

컨버터 제어 장치 및 방법 Download PDF

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(주)피코셈
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Abstract

본 발명은 컨버터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 스위칭 소자를 통해 입력 전압을 구동 전압으로 변환하여 부하를 구동하기 위한 컨버터를 제어하는 컨버터 제어 장치로서, 입력되는 베이스 클락(Base Clock) 신호를 이용하여, 제1 내지 제N(N은 1 이상의 자연수) 스위칭 주파수를 각각 갖는 제1 내지 제N 클락 신호를 생성하는 클락 생성부, 클락 생성부에 의해 생성된 제1 내지 제N 클락 신호 중 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 적용될 제어 클락 신호를 부하의 상태를 고려하여 선택하는 클락 선택부, 및 클락 선택부에 의해 선택된 제어 클락 신호의 스위칭 주파수를 갖도록 PWM 제어신호를 생성하고, 생성된 PWM 제어신호를 이용하여 컨버터에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

컨버터 제어 장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING CONVERTER AND METHOD THEREOF}
본 발명은 컨버터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 이용하여 DC-DC 컨버터를 제어하는 컨버터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
DC-DC 컨버터는 소정 전압의 직류 전원을 다른 전압의 직류 전원으로 변환하여 적용되는 시스템에 필요한 전원을 확보하기 위한 장치로서, 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 적용되고 있다. 액정표시장치(LCD : liquid crystal display), 플라즈마표시장치(PDP : plasma display panel), 유기전계발광표시장치 (OELD : organic electroluminescent display device)와 같은 디스플레이 장치에도 그 구동 전력을 확보하기 위한 DC-DC 컨버터가 구비된다.
이러한 DC-DC 컨버터는 일반적으로 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 제어되어 배터리 전원을 승압 또는 강압하여 부하에 요구되는 구동 전압이 생성되도록 동작한다.
DC-DC 컨버터의 소비 전력 효율을 높이기 위한 제어 방식으로서, 경부하(Light Load)에서 PWM 제어신호의 출력을 중지하여 컨버터의 스위칭 동작을 중지시키는 PSM(Pulse Skip Mode) 방식이 제시되었다. PSM 방식은 스위칭 손실을 감소시켜 소비 전력 효율을 높일 수 있는 장점을 갖는 반면, 출력 전압의 리플(Ripple)이 크게 발생함으로 인해 화면의 깜빡임(Flicker)이 야기되어 디스플레이 영역에서 사용할 수 없는 문제점이 존재한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국공개특허공보 제10-2009-0050318호(2009.05.20. 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 경부하 상태에서 DC-DC 컨버터에 대한 PSM 제어 시, 갑작스러운 펄스 스킵(Pulse Skip)으로 인해 발생하는 출력 전압의 리플을 감소시킴으로써 디스플레이의 품질을 개선하기 위한 컨버터 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 컨버터 제어 장치는, 스위칭 소자를 통해 입력 전압을 구동 전압으로 변환하여 부하를 구동하기 위한 컨버터를 제어하는 컨버터 제어 장치로서, 입력되는 베이스 클락(Base Clock) 신호를 이용하여, 제1 내지 제N(N은 1 이상의 자연수) 스위칭 주파수를 각각 갖는 제1 내지 제N 클락 신호를 생성하는 클락 생성부, 상기 클락 생성부에 의해 생성된 제1 내지 제N 클락 신호 중 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 적용될 제어 클락 신호를 상기 부하의 상태를 고려하여 선택하는 클락 선택부, 및 상기 클락 선택부에 의해 선택된 제어 클락 신호의 스위칭 주파수를 갖도록 상기 PWM 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 PWM 제어신호를 이용하여 상기 컨버터에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 클락 생성부는, 순차적으로 증가하는 스위칭 주파수를 갖도록 상기 제1 내지 제N 클락 신호를 생성하되, 설정 구간에서 High-Level로 활성화되는 펄스 신호의 스킵(Skip) 영역을 변화시켜 스위칭 주파수를 가변시킴으로써 상기 제1 내지 제N 클락 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 클락 선택부는, 상기 제1 내지 제N 클락 신호 중, 상기 부하에 흐르는 부하 전류가 증가할수록 더 높은 스위칭 주파수를 갖는 클락 신호를 상기 제어 클락 신호로 선택하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 부하 전류를 검출하고 상기 부하 전류의 크기가 반영된 부하 정보를 생성하여 상기 클락 선택부로 출력하는 피드백부를 더 포함하고, 상기 클락 선택부는, 상기 피드백부로부터 전달받은 부하 정보를 고려하여 상기 제어 클락 신호를 선택하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 피드백부는, 상기 부하 전류를 검출하여 상기 부하 전류의 크기에 대응되는 피드백 전압을 생성하는 부하 전류 검출부, 상기 부하 전류 검출부에 의해 생성된 피드백 전압과 미리 설정된 제1 레퍼런스 전압 간의 오차를 증폭시켜 오차 전압을 생성하는 오차 증폭부, 및 상기 오차 증폭부에 의해 생성된 오차 전압과 미리 설정된 제2 레퍼런스 전압을 비교하여 상기 부하 정보를 출력하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제2 레퍼런스 전압은 순차적으로 그 크기가 증가하는 제2-1 내지 제2-M(M은 자연수) 레퍼런스 전압을 포함하고, 상기 부하 정보는 제1 내지 제M 부하 정보를 포함하며, 상기 비교부는, 상기 제2-1 내지 제2-M 레퍼런스 전압을 상기 오차 전압과 각각 비교하여 상기 제1 내지 제M 부하 정보를 각각 출력하는 제1 내지 제M 비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 클락 선택부는, 상기 피드백부로부터 전달받은 제1 내지 제M 부하 정보의 조합에 근거하여 상기 제어 클락 신호를 선택하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 컨버터 제어 방법은, 스위칭 소자를 통해 입력 전압을 구동 전압으로 변환하여 부하를 구동하기 위한 컨버터를 제어하는 컨버터 제어 방법으로서, 클락 생성부가, 입력되는 베이스 클락(Base Clock) 신호를 이용하여, 제1 내지 제N(N은 1 이상의 자연수) 스위칭 주파수를 각각 갖는 제1 내지 제N 클락 신호를 생성하는 단계, 클락 선택부가, 상기 클락 생성부에 의해 생성된 제1 내지 제N 클락 신호 중 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 적용될 제어 클락 신호를 상기 부하의 상태를 고려하여 선택하는 단계, 및 PWM 제어부가, 상기 클락 선택부에 의해 선택된 제어 클락 신호의 스위칭 주파수를 갖도록 상기 PWM 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 PWM 제어신호를 이용하여 상기 컨버터에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 부하 전류의 크기에 따라 컨버터의 스위칭 동작을 제어하기 위한 PWM 제어신호의 스위칭 주파수를 가변적으로 설정하는 방식을 채용함으로써, 경부하 상태에서 DC-DC 컨버터에 대한 PSM 제어 시 갑작스러운 펄스 스킵(Pulse Skip)으로 인해 발생하는 출력 전압의 리플을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 화면의 깜빡임 현상을 저감시켜 디스플레이 품질을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치를 설명하기 위한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치를 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치에서 클락 생성부가 생성하는 클락 신호를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치에서 피드백부가 부하 전류에 따른 부하 정보를 출력하는 과정을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치에서 클락 선택부가 제어 클락 신호를 선택하는 과정을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 컨버터 제어 장치 및 방법의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치를 설명하기 위한 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치를 구체적으로 설명하기 위한 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치에서 클락 생성부가 생성하는 클락 신호를 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치에서 피드백부가 부하 전류에 따른 부하 정보를 출력하는 과정을 나타낸 예시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치에서 클락 선택부가 제어 클락 신호를 선택하는 과정을 나타낸 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 장치는 스위칭 소자를 통해 입력 전압(VIN)을 구동 전압(VNEG)으로 변환하여 부하를 구동하기 위한 컨버터(CVT)를 제어하도록 동작할 수 있다. 본 실시예에서 컨버터(CVT)는 디스플레이 장치(예: 출력 전압의 리플 관리가 중요한, 능동형 유기 발광 다이오드(AMOLED: Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode) 디스플레이 패널)에 적용되어 직류 전압으로서의 입력 전압(VIN)을 직류 전압으로서의 구동 전압(VNEG)으로 변환하여 부하(CL)를 구동하는 DC-DC 컨버터를 의미하는 것으로 설명한다. 컨버터(CVT)는 도 2에 도시된 것과 같이 PWM 제어부로부터 PWM 제어신호(PWM_CTRL)를 입력받아 그 스위칭 동작이 제어되는 복수의 스위칭 소자(예: MOSFET)와, 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라 공진 동작하는 인덕터를 포함할 수 있으며, 도 2에는 하나의 High-Side MOSFET과 하나의 Low-Side MOSFET을 포함하는 컨버터의 예시를 도시하고 있다.
본 실시예에 따른 컨버터 제어 장치는 도 1에 도시된 것과 같이 클락 생성부(100), 클락 선택부(200), PWM 제어부(300), 및 피드백부(400)를 포함할 수 있다.
클락 생성부(100)는 상위 시스템으로부터 입력되는 베이스 클락(Base Clock) 신호(BASE_CLK)를 이용하여, 제1 내지 제N 스위칭 주파수를 각각 갖는 제1 내지 제N 클락 신호(CLK[0:N-1])를 생성하여 후술하는 클락 선택부(200)로 전달할 수 있다. 여기서, N은 1 이상의 자연수로서, N의 값, 즉 클락 생성부(100)가 베이스 클락 신호(BASE_CLK)를 기반으로 생성하는 클락 신호의 수는 설계자의 의도 및 실험적 결과에 기초하여 다양하게 선택될 수 있다.
클락 생성부(100)는, 순차적으로 증가하는 스위칭 주파수를 갖도록 제1 내지 제N 클락 신호(CLK[0:N-1])를 생성할 수 있으며, 이때 설정 구간에서 High-Level로 활성화되는 펄스 신호의 스킵(Skip) 영역을 변화시켜 스위칭 주파수를 가변시킴으로써 제1 내지 제N 클락 신호(CLK[0:N-1])를 생성할 수 있다. 설정 구간은 베이스 클락 신호(BASE_CLK)의 한 주기에 해당하는 구간을 의미하며, 이에 따라 클락 생성부(100)는 베이크 클락 신호(BASE_CLK)의 한 주기에 해당하는 구간에서 스킵하는 펄스 신호의 수를 변화시키는 방식으로 제1 내지 제N 클락 신호(CLK[0:N-1])를 생성할 수 있다.
도 3은 클락 생성부(100)가 베이스 클락 신호(BASE_CLK)를 이용하여 제1 내지 제4 클락 신호(CLK[0:3])를 생성하는 예시를 도시하고 있다(즉, N = 4). 설정 구간에서 High-Level로 활성화되는 펄스 신호의 수에 따라 제1 내지 제4 클락 신호(CLK[0:3])를 각각 2of8_clk, 4of8_clk, 6of8_clk 및 8of8_clk로 표기하였다(제4 클락 신호는 베이스 클락 신호(BASE_CLK)와 동일할 수 있다). 도 3에 도시된 것과 같이, 제1 클락 신호(CLK[0])로부터 제4 클락 신호(CLK[3])로 갈수록 스위칭 주파수가 증가한다.
클락 생성부(100)가, 각각의 스위칭 주파수를 다르게 하여 제1 내지 제4 클락 신호(CLK[0:3])를 생성하는 것은, 후술할 것과 같이 부하 전류(LOAD_CURRENT)에 따라 PWM 제어신호(PWM_CTRL)의 주파수를 가변시킴으로써 컨버터(CVT)의 출력 전압(즉, 구동 전압(VNEG))의 리플을 최소화하기 위한 사전적인 동작으로서의 의미를 갖는다.
클락 선택부(200)는 클락 생성부(100)에 의해 생성된 제1 내지 제N 클락 신호(CLK[0:N-1]) 중 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 적용될 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)를 부하의 상태를 고려하여 선택할 수 있다. PWM 제어신호(PWM_CTRL)는 후술하는 PWM 제어부(300)가 컨버터(CVT)에 포함된 스위칭 소자로 인가하여 그 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어신호를 의미한다. 이에 따라, 클락 선택부(200)에 의해 선택된 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)의 스위칭 주파수에 따라 컨버터(CVT)의 스위칭 소자의 스위칭 동작이 수행될 수 있다.
클락 선택부(200)는 제1 내지 제N 클락 신호(CLK[0:N-1]) 중, 부하에 흐르는 부하 전류(LOAD_CURRENT)가 증가할수록 더 높은 스위칭 주파수를 갖는 클락 신호를 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)로 선택할 수 있다. 이에 따라, 부하 전류(LOAD_CURRENT)에 따라 컨버터(CVT)의 스위칭 소자에 대한 스위칭 주파수가 가변됨으로써 컨버터(CVT)의 출력 전압의 리플이 최소화될 수 있다. 클락 선택부(200)의 구체적인 동작은 피드백부(400)와의 연계 동작을 통해 후술한다.
PWM 제어부(300)는 클락 선택부(200)에 의해 선택된 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)의 스위칭 주파수를 갖도록 PWM 제어신호(PWM_CTRL)를 생성하고, 생성된 PWM 제어신호(PWM_CTRL)를 이용하여 컨버터(CVT)에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. PWM 제어부(300)는 도 2에 도시된 것과 같이 피드백부(400)로부터 전달받은 오차 전압(VERR)을 기반으로 부하의 변동을 판단하여 듀티비를 결정하고 클락 선택부(200)로부터 전달받은 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)의 스위칭 주파수를 확인하는 PWM 컨트롤러(310), 및 PWM 컨트롤러(310)를 통해 결정된 듀티비 및 스위칭 주파수를 기반으로 PWM 제어신호(PWM_CTRL)를 생성하여 스위칭 소자로 인가하는 게이트 드라이버(GATE_DRIVER, 320)를 포함할 수 있다.
피드백부(400)는 부하 전류(LOAD_CURRENT)를 검출하고, 부하 전류(LOAD_CURRENT)의 크기가 반영된 부하 정보를 생성하여 클락 선택부(200)로 출력할 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이 피드백부(400)는 부하 전류 검출부(410), 오차 증폭부(420) 및 비교부(430)를 포함할 수 있다.
부하 전류 검출부(410)는 부하 전류(LOAD_CURRENT)를 검출하여 부하 전류(LOAD_CURRENT)의 크기에 대응되는 피드백 전압(VFB)을 생성할 수 있다. 부하 전류(LOAD_CURRENT)의 크기에 대응되는 피드백 전압(VFB)을 생성하는 방식으로서, 도 2에 도시된 것과 같이 미리 설정되는 소정의 기준 전압(VREF_TOP, 예: 1.2V)과 컨버터(CVT)의 출력 전압(즉, 부하 구동 전압(VNEG))을 기반으로 전압 분배를 수행하는 복수의 저항 소자를 통해 피드백 전압(VFB)을 생성하는 방식이 적용될 수 있다.
오차 증폭부(420)는 부하 전류 검출부(410)에 의해 생성된 피드백 전압(VFB)과 미리 설정된 제1 레퍼런스 전압(VREF_EA) 간의 오차를 증폭시켜 오차 전압(VERR)을 생성할 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이 오차 증폭부(420)는 (+)단자 및 (-)단자를 통해 각각 피드백 전압(VFB) 및 제1 레퍼런스 전압(VREF_EA)을 입력받아 그 오차를 증폭시켜 오차 전압(VERR)으로서 출력하는 오차 증폭기(Error Amplifier)로 구현될 수 있다. 이에 따라, 오차 증폭부(420)에 의해 생성되는 오차 전압(VERR)에는 부하의 상태가 반영되게 된다.
비교부(430)는 오차 증폭부(420)에 의해 생성된 오차 전압(VERR)과 미리 설정된 제2 레퍼런스 전압(VREF_PSM)을 비교하여 부하 정보(LOAD_INFORM)를 출력할 수 있다. 즉, 비교부(430)는 오차 전압(VERR) 및 제2 레퍼런스 전압(VREF_PSM) 간의 비교를 통해, 오차 전압(VERR)에 반영된 부하의 상태를 판단하기 위한 정량적인 정보로서의 부하 정보(LOAD_INFORM)를 출력할 수 있다.
비교부(430)는 제2-1 내지 제2-M 레퍼런스 전압을 오차 전압(VERR)과 각각 비교하여 제1 내지 제M 부하 정보(LOAD_INFORM[0:M-1])를 각각 출력하는 제1 내지 제M 비교기를 포함할 수 있다. 제2-1 내지 제2-M 레퍼런스 전압은 순차적으로 그 크기가 증가하도록 설정되어 있을 수 있다. 여기서, M은 1 이상의 자연수로서, M의 값, 즉 피드백부(400)가 출력하는 부하 정보의 수는 설계자의 의도 및 실험적 결과에 기초하여 다양하게 선택될 수 있다.
도 2는 비교부(430)가 제1 내지 제3 비교기(431, 432, 433)를 포함함으로써, 제2-1 내지 제2-3 레퍼런스 전압(VREF_PSM[0:2])을 오차 전압(VERR)과 각각 비교하여 제1 내지 제3 부하 정보(LOAD_INFORM[0:2])를 각각 출력하는 예시를 도시하고 있다(즉, M = 3).
도 2 및 도 4를 참조하여 비교부(430)가 제1 내지 제3 부하 정보(LOAD_INFORM[0:2])를 출력하는 과정을 설명하면, 오차 전압(VERR)이 제2-1 레퍼런스 전압(VREF_PSM[0]) 미만인 경우, 제1 내지 제3 비교기(431, 432, 433)는 제1 내지 제3 부하 정보(LOAD_INFORM[0:2])로서 Low-Level의 신호를 출력한다. 설명의 편의상 본 상태를 부하 상태 '000'으로 표기한다.
오차 전압(VERR)이 제2-1 레퍼런스 전압(VREF_PSM[0]) 이상이고 제2-2 레퍼런스 전압(VREF_PSM[1]) 미만인 경우, 제1 비교기(431)는 제1 부하 정보(LOAD_INFORM[0])로서 High-Level의 신호를 출력하고, 제2 및 제3 비교기(432, 433)는 제2 및 제3 부하 정보(LOAD_INFORM[1:2])로서 Low-Level의 신호를 출력한다. 본 상태를 부하 상태 '100'로 표기한다.
오차 전압(VERR)이 제2-2 레퍼런스 전압(VREF_PSM[1]) 이상이고 제2-3 레퍼런스 전압(VREF_PSM[2]) 미만인 경우, 제1 및 제2 비교기(431, 432)는 제1 및 제2 부하 정보(LOAD_INFORM[0:1])로서 High-Level 신호를 출력하고, 제3 비교기(433)는 제3 부하 정보(LOAD_INFORM[2])로서 Low-Level 신호를 출력한다. 본 상태를 부하 상태 '110'로 표기한다.
오차 전압(VERR)이 제2-3 레퍼런스 전압(VREF_PSM[2]) 이상인 경우, 제1 내지 제3 비교기(431, 432, 433)는 제1 내지 제3 부하 정보(LOAD_INFORM[0:2])로서 High-Level 신호를 출력한다. 본 상태를 부하 상태 '111'로 표기한다.
부하 정보가 부하 상태 '000'에서 부하 상태 '111'로 변화함은 오차 전압(VERR)이 증가함을 의미하고, 이는 부하 전류(LOAD_CURRENT)의 증가를 의미하므로, 클락 선택부(200)는 비교부(430)로부터 전달받은 제1 내지 제M 부하 정보(LOAD_INFORM[0:2])를 기반으로 부하 전류(LOAD_CURRENT)의 크기를 판단할 수 있게 된다. 이때, 클락 선택부(200)는 피드백부(400)(의 비교부(430))로부터 전달받은 제1 내지 제M 부하 정보(LOAD_INFORM[0:2])의 조합에 근거하여 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)를 선택할 수 있다.
구체적으로, 도 5에 도시된 예시에서, 제1 내지 제3 부하 정보(LOAD_INFORM[0:2]) 간의 조합에 따른 부하 상태가 '000'인 경우, 클락 선택부(200)는 제1 클락 신호(CLK[0])를 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)로 선택한다.
제1 내지 제3 부하 정보(LOAD_INFORM[0:2]) 간의 조합에 따른 부하 상태가 '100'인 경우, 클락 선택부(200)는 제2 클락 신호(CLK[1])를 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)로 선택한다.
제1 내지 제3 부하 정보(LOAD_INFORM[0:2]) 간의 조합에 따른 부하 상태가 '110'인 경우, 클락 선택부(200)는 제3 클락 신호(CLK[2])를 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)로 선택한다.
제1 내지 제3 부하 정보(LOAD_INFORM[0:2]) 간의 조합에 따른 부하 상태가 '111'인 경우, 클락 선택부(200)는 제4 클락 신호(CLK[3])를 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)로 선택한다.
즉, 클락 선택부(200)는 부하 전류(LOAD_CURRENT)가 증가할수록 더 높은 스위칭 주파수를 갖는 클락 신호를 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)로 선택하며, 이에 따라 선택된 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)의 스위칭 주파수에 따라 컨버터(CVT)의 스위칭 소자의 스위칭이 수행되게 된다. 즉, 부하 전류(LOAD_CURRENT)의 크기에 따라 컨버터(CVT)의 스위칭 소자에 대한 스위칭 주파수를 가변시킴으로써, 경부하 상태에서 컨버터(CVT)에 대한 PSM 제어 시, 갑작스러운 펄스 스킵(Pulse Skip)으로 인해 발생하는 컨버터(CVT) 출력 전압의 리플이 최소화될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 제어 방법을 설명하면, 먼저 클락 생성부(100)는, 입력되는 베이스 클락(Base Clock) 신호(BASE_CLK)를 이용하여, 제1 내지 제N(N은 1 이상의 자연수) 스위칭 주파수를 각각 갖는 제1 내지 제N 클락 신호(CLK[0:N-1])를 생성한다(S100).
S100 단계에서, 클락 생성부(100)는 순차적으로 증가하는 스위칭 주파수를 갖도록 제1 내지 제N 클락 신호(CLK[0:N-1])를 생성하되, 설정 구간에서 High-Level로 활성화되는 펄스 신호의 스킵(Skip) 영역을 변화시켜 스위칭 주파수를 가변시킴으로써 제1 내지 제N 클락 신호(CLK[0:N-1])를 생성한다.
이어서, 클락 선택부(200)는 S100 단계에서 생성된 제1 내지 제N 클락 신호(CLK[0:N-1]) 중 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 적용될 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)를 부하의 상태를 고려하여 선택한다(S200).
S200 단계에서, 클락 선택부(200)는 제1 내지 제N 클락 신호(CLK[0:N-1]) 중, 부하에 흐르는 부하 전류(LOAD_CURRENT)가 증가할수록 더 높은 스위칭 주파수를 갖는 클락 신호를 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)로 선택한다.
이어서, PWM 제어부(300)는 S200 단계에서 선택된 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)의 스위칭 주파수를 갖도록 PWM 제어신호(PWM_CTRL)를 생성하고, 생성된 PWM 제어신호(PWM_CTRL)를 이용하여 컨버터(CVT)에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어한다(S300).
한편, 본 실시예는 피드백부(400)가 부하 전류(LOAD_CURRENT)를 검출하고 부하 전류(LOAD_CURRENT)의 크기가 반영된 부하 정보를 생성하여 클락 선택부(200)로 출력하는 S400 단계를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 S200 단계에서 클락 선택부(200)는 피드백부(400)로부터 전달받은 부하 정보를 고려하여 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)를 선택할 수 있다.
S400 단계에서, 피드백부(400)는 부하 전류(LOAD_CURRENT)를 검출하여 부하 전류(LOAD_CURRENT)의 크기에 대응되는 피드백 전압(VFB)을 생성하고, 생성된 피드백 전압(VFB)과 미리 설정된 제1 레퍼런스 전압(VREF_EA) 간의 오차를 증폭시켜 오차 전압(VERR)을 생성하며, 생성된 오차 전압(VERR)과 미리 설정된 제2 레퍼런스 전압(VREF_PSM)을 비교하여 부하 정보를 출력한다.
여기서, 제2 레퍼런스 전압(VREF_PSM)은 순차적으로 그 크기가 증가하는 제2-1 내지 제2-M(M은 자연수) 레퍼런스 전압을 포함하고, 부하 정보는 제1 내지 제M 부하 정보(LOAD_INFORM[0:2])를 포함할 수 있다. 이에 따라 S400 단계에서 피드백부(400)는 제2-1 내지 제2-M 레퍼런스 전압을 오차 전압(VERR)과 각각 비교하여 제1 내지 제M 부하 정보(LOAD_INFORM[0:2])를 각각 출력할 수 있다.
그리고, S200 단계에서, 클락 선택부(200)는 피드백부(400)로부터 전달받은 제1 내지 제M 부하 정보(LOAD_INFORM[0:2])의 조합에 근거하여 제어 클락 신호(SWITCHING_CLK)를 선택할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 부하 전류의 크기에 따라 컨버터의 스위칭 동작을 제어하기 위한 PWM 제어신호의 스위칭 주파수를 가변적으로 설정하는 방식을 채용함으로써, 경부하 상태에서 DC-DC 컨버터에 대한 PSM 제어 시 갑작스러운 펄스 스킵(Pulse Skip)으로 인해 발생하는 출력 전압의 리플을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 화면의 깜빡임 현상을 저감시켜 디스플레이 품질을 개선할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
CVT: 컨버터
100: 클락 생성부
200: 클락 선택부
300: PWM 제어부
310: PWM 컨트롤러
320: 게이트 드라이버
400: 피드백부
410: 부하 전류 검출부
420: 오차 증폭부
430: 비교부
431: 제1 비교기
432: 제2 비교기
433: 제3 비교기

Claims (14)

  1. 스위칭 소자를 통해 입력 전압을 구동 전압으로 변환하여 부하를 구동하기 위한 컨버터를 제어하는 컨버터 제어 장치로서,
    입력되는 베이스 클락(Base Clock) 신호를 이용하여, 제1 내지 제N(N은 1 이상의 자연수) 스위칭 주파수를 각각 갖는 제1 내지 제N 클락 신호를 생성하는 클락 생성부;
    상기 클락 생성부에 의해 생성된 제1 내지 제N 클락 신호 중 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 적용될 제어 클락 신호를 상기 부하의 상태를 고려하여 선택하는 클락 선택부; 및
    상기 클락 선택부에 의해 선택된 제어 클락 신호의 스위칭 주파수를 갖도록 상기 PWM 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 PWM 제어신호를 이용하여 상기 컨버터에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 PWM 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클락 생성부는, 순차적으로 증가하는 스위칭 주파수를 갖도록 상기 제1 내지 제N 클락 신호를 생성하되, 설정 구간에서 High-Level로 활성화되는 펄스 신호의 스킵(Skip) 영역을 변화시켜 스위칭 주파수를 가변시킴으로써 상기 제1 내지 제N 클락 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 클락 선택부는, 상기 제1 내지 제N 클락 신호 중, 상기 부하에 흐르는 부하 전류가 증가할수록 더 높은 스위칭 주파수를 갖는 클락 신호를 상기 제어 클락 신호로 선택하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 부하 전류를 검출하고 상기 부하 전류의 크기가 반영된 부하 정보를 생성하여 상기 클락 선택부로 출력하는 피드백부;를 더 포함하고,
    상기 클락 선택부는, 상기 피드백부로부터 전달받은 부하 정보를 고려하여 상기 제어 클락 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 피드백부는,
    상기 부하 전류를 검출하여 상기 부하 전류의 크기에 대응되는 피드백 전압을 생성하는 부하 전류 검출부;
    상기 부하 전류 검출부에 의해 생성된 피드백 전압과 미리 설정된 제1 레퍼런스 전압 간의 오차를 증폭시켜 오차 전압을 생성하는 오차 증폭부; 및
    상기 오차 증폭부에 의해 생성된 오차 전압과 미리 설정된 제2 레퍼런스 전압을 비교하여 상기 부하 정보를 출력하는 비교부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 레퍼런스 전압은 순차적으로 그 크기가 증가하는 제2-1 내지 제2-M(M은 자연수) 레퍼런스 전압을 포함하고, 상기 부하 정보는 제1 내지 제M 부하 정보를 포함하며,
    상기 비교부는, 상기 제2-1 내지 제2-M 레퍼런스 전압을 상기 오차 전압과 각각 비교하여 상기 제1 내지 제M 부하 정보를 각각 출력하는 제1 내지 제M 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 클락 선택부는, 상기 피드백부로부터 전달받은 제1 내지 제M 부하 정보의 조합에 근거하여 상기 제어 클락 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
  8. 스위칭 소자를 통해 입력 전압을 구동 전압으로 변환하여 부하를 구동하기 위한 컨버터를 제어하는 컨버터 제어 방법으로서,
    클락 생성부가, 입력되는 베이스 클락(Base Clock) 신호를 이용하여, 제1 내지 제N(N은 1 이상의 자연수) 스위칭 주파수를 각각 갖는 제1 내지 제N 클락 신호를 생성하는 단계;
    클락 선택부가, 상기 클락 생성부에 의해 생성된 제1 내지 제N 클락 신호 중 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 적용될 제어 클락 신호를 상기 부하의 상태를 고려하여 선택하는 단계; 및
    PWM 제어부가, 상기 클락 선택부에 의해 선택된 제어 클락 신호의 스위칭 주파수를 갖도록 상기 PWM 제어신호를 생성하고, 상기 생성된 PWM 제어신호를 이용하여 상기 컨버터에 포함된 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 생성하는 단계에서, 상기 클락 생성부는,
    순차적으로 증가하는 스위칭 주파수를 갖도록 상기 제1 내지 제N 클락 신호를 생성하되, 설정 구간에서 High-Level로 활성화되는 펄스 신호의 스킵(Skip) 영역을 변화시켜 스위칭 주파수를 가변시킴으로써 상기 제1 내지 제N 클락 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 선택하는 단계에서, 상기 클락 선택부는,
    상기 제1 내지 제N 클락 신호 중, 상기 부하에 흐르는 부하 전류가 증가할수록 더 높은 스위칭 주파수를 갖는 클락 신호를 상기 제어 클락 신호로 선택하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    피드백부가, 상기 부하 전류를 검출하고 상기 부하 전류의 크기가 반영된 부하 정보를 생성하여 상기 클락 선택부로 출력하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 선택하는 단계에서, 상기 클락 선택부는,
    상기 피드백부로부터 전달받은 부하 정보를 고려하여 상기 제어 클락 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 출력하는 단계에서, 상기 피드백부는,
    상기 부하 전류를 검출하여 상기 부하 전류의 크기에 대응되는 피드백 전압을 생성하고, 상기 생성된 피드백 전압과 미리 설정된 제1 레퍼런스 전압 간의 오차를 증폭시켜 오차 전압을 생성하며, 상기 생성된 오차 전압과 미리 설정된 제2 레퍼런스 전압을 비교하여 상기 부하 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 레퍼런스 전압은 순차적으로 그 크기가 증가하는 제2-1 내지 제2-M(M은 자연수) 레퍼런스 전압을 포함하고, 상기 부하 정보는 제1 내지 제M 부하 정보를 포함하며,
    상기 출력하는 단계에서, 상기 피드백부는,
    상기 제2-1 내지 제2-M 레퍼런스 전압을 상기 오차 전압과 각각 비교하여 상기 제1 내지 제M 부하 정보를 각각 출력하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 선택하는 단계에서, 상기 클락 선택부는,
    상기 피드백부로부터 전달받은 제1 내지 제M 부하 정보의 조합에 근거하여 상기 제어 클락 신호를 선택하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
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