KR20230029841A - 디스플레이 장치 및 그에 대한 전원 제어 방법 - Google Patents

디스플레이 장치 및 그에 대한 전원 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시의 일 실시 예는 고주파로 동작하는 디스플레이 장치에 있어서, 디스플레이 모듈; 부하 정보를 획득하는 제어 보드; 및 PFC(Power Factor Correction) 회로, 스위칭부, LLC 공진 회로, 변압기 및 전원 컨트롤러를 포함하고, 상기 부하 정보를 고려하여 상기 디스플레이 모듈 및 상기 제어 보드에 출력 전압을 공급하는 파워 보드를 포함하고, 상기 전원 컨트롤러는 상기 부하 정보에 따른 부하가 경부하 기준 값(light load reference value)보다 작은 경우 상기 스위칭부의 스위칭 동작 또는 상기 PFC 회로의 PFC 출력 전압을 조정하여 상기 출력 전압에 대한 게인 상승을 억제하는, 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

디스플레이 장치 및 그에 대한 전원 제어 방법
본 개시(disclosure)는 디스플레이 장치 및 그에 대한 전원 제어 방법에 관한 것이다.
디스플레이 장치에 전원을 공급할 때 고효율의 전원 밀도를 구현하기 위하여 영전압 스위칭(ZVS: Zero Voltage Switching) 동작이 가능한 LLC 토폴로지를 사용한다. 즉, 디스플레이 장치는 LLC 공진 회로를 포함하는 DC-DC 컨버터를 이용하여 전력을 공급할 수 있다. LLC 공진 회로에 포함되는 인덕터(L)는 동작 주파수를 높일 경우 그 크기를 줄일 수 있다는 특징이 있다.
최근 4K/8K TV와 같이 디스플레이 장치의 화소가 증가함에 따라 디스플레이 장치는 더 많은 전력을 소모하게 된다. 종래의 설계 방식을 따를 경우, 전원 용량을 증가시키기 위하여는 디스플레이 장치의 파워 보드(power board)의 크기도 커지게 된다. 만약, LLC 공진 회로의 동작 주파수를 높일 수 있다면, LLC 공진 회로의 크기를 줄일 수 있으므로 컨버터의 소형화가 가능할 것이다. 그러나, 동작 주파수가 높아질 경우에는 변압기와 2차 정류 회로의 기생 커패시턴스가 LLC 공진 회로의 동작에 영향을 주어, 경부하(light load)일 때에 출력 전압이 상승하는 문제점이 있다.
본 개시는 고주파수 저부하에서도 출력 전압의 상승을 억제하는 디스플레이 장치 및 그의 전원 제어 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 소비 전력 저감을 위한 DPC(Dynamic Power Control) 모드를 지원하면서 고주파수 저부하에서도 출력 전압의 상승을 억제하는 디스플레이 장치 및 그의 전원 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 개시의 일 실시 예는 고주파로 동작하는 디스플레이 장치에 있어서, 부하 정보에 따른 부하가 경부하 기준 값보다 작은 경우에 스위칭부의 스위칭 동작 또는 PFC 회로의 PFC 출력 전압을 조정하여 출력 전압에 대한 게인 상승을 억제하는 전원 컨트롤러를 포함하는 디스플레이 장치 및 그의 전원 제어 방법을 제공한다.
이때, 전원 컨트롤러는 출력 피드백 전압이 제1 버스트 문턱 값보다 큰 경우에 스위칭부의 스위칭을 간헐적으로 제어할 수 있다.
이때, 전원 컨트롤러는 DPC 모드가 ON 상태일 경우에는 출력 피드백 전압을 제2 버스트 문턱 값과 비교하고, 출력 피드백 전압이 제2 버스트 문턱 값보다 큰 경우에 스위칭부의 스위칭을 간헐적으로 제어하며, 제2 버스트 문턱 값은 제1 버스트 문턱 값보다 작은 값일 수 있다.
이때, 전원 컨트롤러는 부하 정보에 기초하여 목표 PFC 출력 전압을 결정하고, PFC 출력 전압을 목표 PFC 출력 전압으로 조정할 수 있다.
이때, 전원 컨트롤러는 부하가 작아질수록 목표 PFC 출력 전압을 낮게 결정할 수 있다.
이때, 전원 컨트롤러는 DPC 모드 정보에 기초하여 목표 PFC 출력 전압을 결정할 수 있다.
이때, 전원 컨트롤러는 DPC 모드가 ON 상태일 때의 목표 PFC 출력 전압을 PDC 모드가 OFF 상태일 때의 목표 PFC 출력 전압보다 낮게 결정할 수 있다.
이때, 전원 컨트롤러는 DPC 모드에 기초하여 스위치 제어 신호를 생성하고, 스위치 제어 신호를 이용하여 스위칭부의 스위칭을 제어할 수 있다.
이때, 전원 컨트롤러는 DPC 모드가 OFF 상태일 때 펄스 스킵 구간이 포함되지 않은 스위치 제어 신호를 생성할 수 있다.
이때, 전원 컨트롤러는 DPC 모드가 ON 상태일 때 일정한 주기로 펄스 스킵 구간이 포함된 스위치 제어 신호를 생성할 수 있다.
이때, 생성된 스위치 제어 신호의 주파수는 DPC 모드가 ON 상태인 경우와 DPC 모드가 OFF 상태인 경우에 동일할 수 있다.
이때, 디스플레이 장치의 동작 주파수가 300kHz 이상일 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, LLC 공진 회로의 동작 주파수가 높아지더라도 저부하 상황에서 출력 전압이 비정상적으로 상승하는 현상을 억제할 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 고주파수 저부하 상황에서 출력 전압이 비정상적으로 상승하는 현상을 억제하면서도 소비 전력 저감을 위한 DPC 모드를 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 모듈의 일 예를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 레이아웃 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 단위 픽셀의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 파워 보드를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 전원 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 7은 도 6에 도시된 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 전원 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 전원 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 9는 도 8에 도시된 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 전원 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 전원 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 11은 부하별로 동작 주파수 대비 LLC 게인을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 전원 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 13은 도 12에 도시된 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 전원 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 14는 PFC 출력 전압에 따른 LLC 공진 전압과 출력 전압을 나타낸 도면들이다.
도 15는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 전원 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 16은 도 15에 개시된 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 전원 제어 방법을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 '모듈' 및 '부'는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)는 제어 보드(120), 파워 보드(130) 및 디스플레이 모듈(110)을 포함할 수 있다.
제어 보드(120)는 제어부, 컨트롤러, 프로세서, CPU 등으로 칭할 수 있다. 파워 보드(130)는 전원부, 전원 공급부, 전원 관리부, 전원 컨트롤러 등으로 칭할 수 있다. 디스플레이 모듈(110)은 디스플레이, 디스플레이부, 디스플레이 블록, 디스플레이 섹션(section), 영상 표시 장치, 영상 디바이스 등으로 칭할 수 있다.
제어 보드(120)는 디스플레이 장치(100)의 전반적인 관리 및 제어를 담당한다. 예컨대, 제어 보드(120)는 디스플레이 모듈(110)을 제어하여 영상 또는 를 디스플레이할 수 있고, 파워 보드(130)를 제어하여 디스플레이 모듈(110)에 직류 전압(EVDD)을 안정적으로 공급할 수 있고, 디스플레이 장치(100)로부터 수신하는 각 종 감지 신호에 기초하여 디스플레이 장치(100)의 상태 정보를 획득하고, 상태 정보에 대응하는 조치를 취하도록 디스플레이 장치(100)를 제어할 수 있다.
제어 보드(120)는 소비 전력 저감을 위한 동적 전원 제어(DPC: Dynamic Power Control) 모드를 제공할 수 있다. DPC 모드는 스위칭부(132)를 간헐적으로 스위칭시킴으로써 디스플레이 패널(118)에서의 소비 전력을 저감시키는 모드를 의미할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어 보드(120)는 DPC 모드 활성화 여부와 디스플레이 패널(118)의 부하 정보를 고려한 전원 제어 신호를 생성하고, 생성한 전원 제어 신호를 파워 보드(130)에 전송하고, 파워 보드(130)는 전송된 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압(EVDD)를 생성하여 디스플레이 모듈(110)에 공급할 수 있다. 또는, 다른 일 실시 예에서, 제어 보드(120)는 디스플레이 패널(118)의 부하 정보와 DPC 모드 정보를 파워 보드(130)에 전송하고, 파워 보드(130)는 전송된 부하 정보와 DPC 모드 정보에 기초하여 직접 디스플레이 패널(118)의 부하 정보를 고려한 출력 전압(EVDD)를 생성하여 디스플레이 모듈(110)에 공급할 수 있다.
디스플레이 패널(118)의 부하는 디스플레이 패널(118)에서 소모되는 에너지의 양을 의미할 수 있고, 디스플레이 패널(118)에서 영상을 디스플레이하기 위해 사용되는 구동 전류에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 디스플레이 패널(118)에서 많은 구동 전류를 요구하는 경우, 부하가 크고, 디스플레이 패널(118)에서 적은 구동 전류를 요구하는 경우 부하가 작을 수 있다.
예컨대, 디스플레이 패널(118)의 복수의 픽셀 대부분이 화이트 계조의 영상을 디스플레이 하는 경우, 이러한 화이트 계조의 영상을 디스플레이하기 위해 각 픽셀마다 최대 구동 전류가 필요하므로, 디스플레이 패널(118)의 대부분의 픽셀에 필요한 구동 전류의 합은 크고, 이는 곧 부하가 큼을 의미할 수 있다. 이와 반대로, 디스플레이 패널(118)의 복수의 픽셀 대부분이 블랙 계조의 영상을 디스플레이 하는 경우, 이러한 블랙 계조의 영상을 디스플레이하기 위해 각 픽셀 당 최소 구동 전류, 예컨대 0mA 또는 이에 근접한 전류값이 필요하므로, 디스플레이 패널(118)의 대부분의 픽셀에 필요한 구동 전류의 합은 작고, 이는 곧 부하가 작음을 의미할 수 있다. 이상에서는 화이트 계조의 영상을 디스플레이할 때 부하가 크고, 블랙 계조의 영상을 디스플레이할 때 부하가 작다고 설명되었지만, 이와 반대도 가능하다.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 모듈(110)의 일 예를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 모듈(110)은 타이밍 컨트롤러(112), 게이트 드라이버(114), 데이터 드라이버(116) 및 디스플레이 패널(118)을 포함할 수 있다. 만약, 디스플레이 패널(118)이 액정 디스플레이(LCD) 패널인 경우, 디스플레이 모듈(110)은 백라이트 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(118)은 구동 전류에 기반하여 이미지 또는 영상을 디스플레이하는 복수의 픽셀을 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(118)은 액정 디스플레이 패널일 수도 있고, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 패널일 수도 있다.
타이밍 컨트롤러(112)는 게이트 드라이버(114) 및 데이터 드라이버(116)를 제어할 수 있다. 즉, 타이밍 컨트롤러(112)는 게이트 드라이버(114)를 제어하기 위한 게이트 제어 신호 및 데이터 드라이버(116)를 제어하기 위한 데이터 제어 신호를 출력할 수 있다.
게이트 드라이버(114)는 게이트 제어 신호에 응답하여 게이트 신호, 예컨대 스캔 신호(scan signal)를 디스플레이 패널(118)로 공급할 수 있다. 디스플레이 패널(118)은 스캔 신호에 따라 픽셀이 활성화될 수 있다. 픽셀이 활성된다는 말은 영상 신호가 해당 픽셀로 공급됨을 의미할 수 있다. 만약 각 픽셀에 적어도 하나 이상의 스위치가 포함된 경우, 픽셀이 활성된다 것은 해당 스위칭 소자가 스캔 신호에 의해 턴 온됨을 의미할 수 있다.
데이터 드라이버(116)는 데이터 제어 신호에 따라 영상 신호를 프레임 단위로 디스플레이 패널(118)로 공급할 수 있다.
디스플레이 패널(118)에 포함된 복수의 픽셀들 각각은 데이터 드라이버(116)에서 제공되는 데이터 신호와 게이트 드라이버(114)에서 제공되는 게이트 신호에 기초하여 동작하여 이미지를 출력할 수 있다. 디스플레이 패널(118)이 LCD 패널일 경우에는, 백라이트 유닛(미도시)에서 발광된 빛이 각 픽셀의 컬러 필터를 통과하며 이미지를 출력할 수 있다. 디스플레이 패널(118)이 OLED 패널인 경우, 각 픽셀에서 직접 발광된 빛이 이미지를 출력할 수 있다.
디스플레이 패널(118)은 하나 이상의 감지부(119)를 포함할 수 있고, 감지부(119)는 디스플레이 패널(118)의 픽셀에 흐르는 구동 전류를 검출할 수 있다. 예컨대, 감지부(119)는 도 3에 도시된 데이터 라인(R1, G1, B1, W1 ~ Rm, Gm, Bm, Wm)에 연결될 수 있다. 감지부(119)는 디스플레이 패널(118)의 부하를 감지하고, 제어 보드(120)로 부하 정보를 전달할 수 있다. 예컨대, 감지부(119)는 데이터 라인(R1, G1, B1, W1 ~ Rm, Gm, Bm, Wm) 상에 흐르는 구동 전류를 측정하여 부하의 상태를 감지할 수 있다. 또는, 제어 보드(120)는 출력 이미지 데이터에 기초하여 부하 정보를 생성할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 패널(118)의 레이아웃 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 디스플레이 패널(118)은 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 서브 픽셀들(SPr1, SPg1, SPb1, SPw1)은 하나의 그룹 픽셀을 구성할 수 있다. 각 서브 픽셀(SPr1, SPg1, SPb1, SPw1)은 서로 상이한 컬러를 구현할 수 있는 유기 발광 소자나 컬러 필터를 포함할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 단위 픽셀의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 각 픽셀(CRTm)은 스캔 스위칭 소자(SW1), 저장 커패시터(Cst), 구동 스위칭 소자(SW2) 및 유기 발광 다이오드(OLED)를 포함할 수 있다.
스캔 스위칭 소자(SW1)는 게이트 단자에 스캔 라인(Scan Line)이 접속되어, 게이트 드라이버(114)로부터 입력되는 스캔 신호(Vscan)에 따라 턴 온할 수 있다. 스캔 스위칭 소자(SW1)가 턴 온되는 경우, 데이터 드라이버(116)로부터 입력되는 영상 신호(Vdata)는 구동 스위칭 소자(SW2)의 게이트 단자 또는 저장 커패시터(Cst)의 일단으로 전달된다.
저장 커패시터(Cst)는 구동 스위칭 소자(SW2)의 게이트 단자와 소스 단자 사이에 형성되며, 저장 커패시터(Cst)의 일단에 전달되는 영상 신호 레벨과 저장 커패시터(Cst)의 타단에 전달되는 직류 전원(Vdd) 레벨의 소정 차이를 저장한다. 예를 들어, 영상 신호가 PAM(Pluse Amplitude Modulation) 방식에 따라 서로 다른 레벨을 갖는 경우, 영상 신호(Vdata)의 레벨 차이에 따라 저장 커패시터(Cst)에 저장되는 전원 레벨이 달라지게 된다. 다른 예로, 영상 신호가 PWM(Pluse Width Modulation) 방식에 따라 서로 다른 펄스폭을 갖는 경우, 영상 신호(Vdata)의 펄스폭 차이에 따라 저장 커패시터(Cst)에 저장되는 전원 레벨이 달라지게 된다.
구동 스위칭 소자(SW2)는, 저장 커패시터(Cst)에 저장된 전원 레벨에 따라 턴 온된다. 구동 스위칭 소자(SW2)가 턴 온하는 경우, 저장된 전원 레벨에 비례하는 구동 전류(IOLED)가 유기 발광 다이오드(OLED)에 흐르게 된다. 이에 따라, 유기 발광 다이오드(OLED)는 발광할 수 있다.
유기 발광 다이오드(OLED)는 서브 픽셀에 대응하는 RGBW의 발광층(EML)을 포함하며, 정공주입층(HIL), 정공 수송층(HTL), 전자 수송층(ETL), 전자 주입층(EIL) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 그 외에 정공 저지층 등도 포함할 수 있다.
각 서브 픽셀(sub pixel)은 유기 발광 다이오드(OLED)에서 백색의 광을 출력하고, 색상 구현을 위한 별도의 컬터 필러를 포함할 수 있다. 녹색, 적색, 청색 서브 픽셀(SPr1, SPg1, SPb1)의 경우, 색상 구현을 위해 별도의 컬러 필터가 구비될 수 있다. 반면, 백색 서브픽셀(SPw1)의 경우, 백색광을 출력하므로 별도의 컬러 필터를 구비하지 않을 수 있다.
한편, 도 4에서는, 스캔 스위칭 소자(SW1)와 구동 스위칭 소자(SW2)가 p타입의 MOSFET인 경우를 예시하나, n타입의 MOSFET이거나, 그 외, JFET, IGBT, 또는 SIC 등의 스위칭 소자가 사용될 수도 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 파워 보드(130)를 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 파워 보드(130)는 PFC 회로(131), 스위칭부(132), LLC 공진 회로(133), 변압기(134), 정류 회로(135) 및 전원 컨트롤러(136)를 포함할 수 있다.
PFC 회로(131)는 역률 개선 회로(Power Factor Correction Circuit)이며, 입력되는 전원 (또는 입력 전압)의 역률을 개선하여 출력하는 회로를 의미할 수 있다. 스위칭부(132)는 적어도 하나 이상의 스위치(예컨대, 2개)를 포함하며, 전원 컨트롤러(136)의 제어에 따른 스위칭의 동작에 의한 전압을 LLC 공진 회로(133)에 공급할 수 있다. LLC 공진 회로(133), 변압기(134) 및 정류 회로(135)는 출력 직류 전압(EVDD)을 생성할 수 있다. LLC 회로(133)는 공진 탱크라고도 칭할 수도 있다.
전원 컨트롤러(136)는 스위치 제어 신호를 통해 스위칭부(132)를 제어할 수 있고, 스위치 제어 신호는 스위칭부(132)에 포함된 제1 스위치를 제어하는 제1 출력(또는 Ho 출력)과 스위칭부(32)에 포함된 제2 스위치를 제어하는 제2 출력(또는 Lo 출력)을 포함할 수 있다.
전원 컨트롤러(136)는 출력 직류 전압(EVDD)을 피드백으로 수신하고, 제어 보드(120)로부터 DPC 모드 정보(또는 DPC 모드 활성화 정보)나 부하 정보를 수신할 수 있다. 그리고, 전원 컨트롤러(136)는 수신한 DPC 모드 정보, 부하 정보 또는 피드백을 고려하여 PFC 회로(131) 또는 스위칭부(132)의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 전원 컨트롤러(136)는 스위치 제어 신호를 생성하고, 생성한 스위치 제어 신호를 스위칭부(132)에 전송함으로써 스위칭부(132)에 포함된 적어도 하나 이상의 스위치의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 전원 컨트롤러(136)는 PFC 회로(131)의 출력 전압을 조정할 수 있다.
종래에는 LLC 공진 회로(133)의 동작 주파수가 약 80~120kHz 내외였으나, 컨트롤 IC와 스위칭 장치의 발전으로 LLC 공진 회로(133)의 동작 주파수가 2MHz까지 가능하다. 다만, 상술하였듯, 동작 주파수를 높이게 될 경우 출력 전압이 상승하게 되는 문제점이 있으며, 이를 해소하기 위하여 LLC 공진 회로(133)에 수동 소자(R-C)를 부가하는 방법을 사용하기도 한다. 그러나, 수동 소자를 사용할 경우 수동 소자에 의한 전력 손실(loss)이 발생하여 전력 효율이 떨어지는 문제점을 갖게 된다. 이에, 본 개시에서는 부하를 고려하여 동작 주파수를 가변함으로써 저부하에서의 고주파 동작에 의한 출력 전압 상승의 문제점을 해소하는 방법을 제안하고자 한다. 본 개시에서는 동작 주파수가 약 300kHz 이상일 경우를 고주파라고 칭하며, 디스플레이 장치(100)가 고주파로 동작하는 것으로 가정한다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)의 전원 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 출력 이미지 데이터에 대응하는 전원 제어 신호를 수신한다(S601).
제어 보드(120)는 출력 이미지 데이터에 대응하는 전원 제어 신호를 생성하고, 생성한 전원 제어 신호를 전원 컨트롤러(136)에 전송할 수 있다.
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 부하 정보와 출력 피드백 전압(output feedback voltage)을 획득한다(S603).
제어 보드(120)는 출력 이미지 데이터에 상응하는 부하 정보를 생성하거나 감지부(119)에서 측정된 부하 정보를 획득하고, 전원 컨트롤러(136)는 제어 보드(120)로부터 부하 정보를 수신할 수 있다.
전원 컨트롤러(136)는 2차측 피드백 전압을 수신할 수 있고, 2차측 피드백 전압은 출력 피드백 전압을 의미할 수 있다.
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 부하 정보에 따른 부하가 경부하 기준 값(light weight reference value)보다 작은지 판단한다(S605).
경부하 기준 값은 디스플레이 패널(118)의 부하가 경부하(light load)인지 판단하는 기준 값일 수 있으며, 미리 설정되는 값일 수 있다.
단계(S605)의 판단 결과 부하가 경부하 기준 값보다 작은 경우, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 출력 피드백 전압이 제1 버스트 문턱 값(first burst threshold)보다 큰지 판단한다(S607).
제1 버스트 문턱 값은 DPC 모드가 off 상태일 때의 버스트 문턱 값을 의미할 수 있다.
단계(S607)의 판단 결과 출력 피드백 전압이 제1 버스트 문턱 값보다 큰 경우, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 스위칭부(132)의 스위칭을 간헐적으로(intermittently) 제어한다(S609).
LLC 공진 회로(133)의 동작 주파수가 약 300kHz 이상의 고주파수이므로 디스플레이 패널(118)의 부하가 경부하일 경우에 변압기(134)와 정류 회로(135)의 기생 커패시턴스에 의하여 2차측 출력 전압이 상승하게 되는 문제점이 있다. 본 개시에서는 스위칭부(132)를 간헐적으로 스위칭하여 2차 출력 전압을 낮추고, 이를 통해 경부하 고주파수 동작시 2차측 출력 전압이 상승하는 문제를 막을 수 있다. 스위칭부(132)가 간헐적으로 스위칭되는 경우를 스위칭부(132)가 버스트 모드(burst mode)로 동작한다고 칭할 수 있다. 그리고, 버스트 모드와 반대로 스위칭부(132)가 연속적으로 스위칭되는 경우를 스위칭부(132)가 정상 모드(normal mode)로 동작한다고 칭할 수 있다.
스위칭부(132)를 간헐적으로 스위칭한다는 것은 일정한 주기 또는 일정한 주파수로 스위칭을 수행하는 과정과 스위칭을 중단하는 과정을 반복하는 것을 의미할 수 있다. 예컨대, 스위칭부(132)를 간헐적으로 스위칭하는 것은 제1 기간동안 스위칭을 수행하고 제2 기간동안 스위칭을 중단하는 과정을 반복하는 것을 의미할 수 있다.
단계(S605)의 판단 결과 부하가 경부하 기준 값보다 작지 않거나 단계(S607)의 판단 결과 출력 피드백 전압이 제1 버스트 문턱 값보다 크지 않은 경우, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 스위칭부(132)의 스위칭을 연속적으로 제어한다(S611).
출력 피드백 전압이 제1 문턱 값보다 크지 않은 경우는 스위칭부(132)의 스위칭이 간헐적으로 수행됨에 따라 출력 피드백 전압이 제1 문턱 값보다 크지 않게 된 경우를 포함한다.
스위칭부(132)를 연속적으로 스위칭한다는 것은 스위칭을 중단하지 않고 수행하는 것을 의미할 수 있다. 출력 피드백 전압이 제1 버스트 문턱 값보다 크지 않으므로 2차측 출력 전압이 과도하게 높지 않은 상태이며, 따라서 스위칭부(132)가 정상적으로 스위칭을 수행하더도 충분하다.
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압(EVDD)을 생성한다(S613).
생성된 출력 전압(EVDD)은 디스플레이 모듈(110)에 공급된다.
비록 도 6에서는 부하 정보와 출력 피드백 전압을 고려하여 스위칭부(132)의 스위칭을 제어하는 단계들(S603 내지 S611)이 수행된 이후에 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압을 생성하는 단계(S613)가 수행되는 것으로 도시되었으나, 부하 정보와 출력 피드백 전압을 고려하여 스위칭부(132)의 스위칭을 제어하는 단계들(S603 내지 S611)은 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압을 생성하는 단계(S613)와 병렬적으로 수행된다고 볼 수 있다.
도 6은 부하 정보를 고려하여 스위칭부(132)의 스위칭을 제어하는 과정을 한 사이클만 나타낸 도면이며, 도 6에 도시된 단계들은 반복적으로 수행될 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 각 단계들(S601 내지 S613) 중에서 일부 단계들은 서로 순서가 바뀌거나 병렬적으로 수행될 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)의 전원 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 7의 (a)는 출력 피드백 전압을 나타내며, 도 7의 (b)는 스위칭부(132)의 스위칭 동작을 나타낸다. 그리고, 도 7은 동작 주파수가 고주파수이고 경부하인 상황을 가정한다.
도 7을 참조하면, 제1 구간(t0~t1)에서는 스위칭부(132)가 정상 모드로 동작함에 따라 출력 피드백 전압(701)이 증가하며, 시점 t1에서 출력 피드백 전압(701)이 제1 버스트 문턱 값(711)에 도달한다. 스위칭부(132)가 정상 모드로 동작한다는 것은 스위칭부(132)가 연속적으로 스위칭을 수행함을 의미한다.
제2 구간(t1~t2)에서는 출력 피드백 전압(701)이 제1 버스트 문턱 값(711)보다 커지게 되며, 이에 따라 전원 컨트롤러(136)는 스위칭부(132)를 버스트 모드로 동작시킨다. 스위칭부(132)가 버스트 모드로 동작한다는 것은 스위칭부(132)가 간헐적으로 스위칭을 수행함을 의미하며, 이에 따라 제2 구간(t1~t2)에서는 스위칭을 수행하는 과정과 스위칭을 중단하는 과정이 교차로 수행될 수 있다. 제2 구간(t1~t2)에서 스위칭부(132)가 버스트 모드로 동작함에 따라 출력 피드백 전압(701)이 감소하며, 시점 t2에서 출력 피드백 전압(701)이 제1 버스트 문턱 값(711)에 도달한다.
제3 구간(t2~t3)에서는 출력 피드백 전압(701)이 제1 버스트 문턱 값(711)보다 작아지게 되며, 이에 따라 전원 컨트롤러(136)는 스위칭부(132)를 정상 모드로 동작시킨다. 제3 구간(t2~t3)에서 스위칭부(132)가 정상 모드로 동작함에 따라 출력 피드백 전압(701)이 증가하며, 시점 t3에서 출력 피드백 전압(701)이 제1 버스트 문턱 값(711)에 도달한다.
제4 구간(t3~t4) 및 제6 구간(t5~t6)에서의 동작은 제2 구간(t1~t2)에서의 동작과 동일하며, 제5 구간(t4~t5) 및 제7 구간(t6~t7)에서의 동작은 제3 구간(t2~t3)에서의 동작과 동일하다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)의 전원 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 8에 도시된 디스플레이 장치(100)의 전원 제어 방법은 도 6에 도시된 디스플레이 장치(100)의 전원 제어 방법과 비교하여 소비 전력 저감을 위한 DPC 모드를 추가적으로 고려하여 디스플레이 장치(100)의 전원을 제어하는 방법을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 출력 이미지 데이터에 대응하는 전원 제어 신호를 수신한다(S801).
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 부하 정보, 출력 피드백 전압 및 DPC 모드 정보를 획득한다(S803).
전원 컨트롤러(136)는 제어 보드(120)로부터 DPC 모드 정보를 획득할 수 있다. DPC 모드 정보는 DPC 모드가 ON 상태 (또는 활성화 상태)임을 나타거나 DPC 모드가 OFF 상태 (또는 비활성화 상태)임을 나타낼 수 있다.
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 부하 정보에 따른 부하가 경부하 기준 값보다 작은지 판단한다(S805).
단계(S805)의 판단 결과 부하가 경부하 기준 값보다 작은 경우, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 DPC 모드가 OFF인지 판단한다(S807).
DPC 모드는 소비 전력 저감시키기 위하여 스위칭부(132)를 간헐적으로 스위칭하는 모드를 의미할 수 있다. 본 개시에서는 디스플레이 장치(100)가 저부하 상태에서 고주파로 동작할 때 출력 전압이 상승하는 문제를 막기 위하여 스위칭부(132)를 간헐적으로 스위칭하는 방법을 제안하며, 이는 기존의 DPC 모드에서의 스위칭부(132)의 동작 방법과 유사하다. 따라서, 전원 컨트롤러(136)는 소비 전력을 저감하기 위한 DPC 모드가 활성화되었는지를 추가적으로 고려하여 스위칭부(132)의 동작을 제어할 수 있다.
단계(S807)의 판단 결과 DPC 모드가 OFF인 경우, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 출력 피드백 전압이 제1 버스트 문턱 값보다 큰지 판단한다(S809).
제1 버스트 문턱 값은 DPC 모드가 off 상태일 때의 버스트 문턱 값을 의미할 수 있다.
단계(S807)의 판단 결과 DPC 모드가 OFF가 아닌 경우(DPC 모드가 ON인 경우), 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 출력 피드백 전압이 제2 버스트 문턱 값(second burst threshold)보다 큰지 판단한다(S811).
제2 버스트 문턱 값은 DPC 모드가 on 상태일 때의 버스트 문턱 값을 의미한다. DPC 모드가 ON 상태인 경우에는 DPC 모드가 OFF 상태일 때에 비해서 소비 전력 저감을 위해 출력 전압이 감소되어야하므로, 스위칭부(132)의 버스트 모드 동작 여부를 판단하기 위한 제2 버스트 문턱 값은 제1 버스트 문턱 값보다 작게 설정된다.
단계(S809)의 판단 결과 출력 피드백 전압이 제1 버스트 문턱 값보다 크거나 단계(S811)의 판단 결과 출력 피드백 전압이 제2 버스트 문턱 값보다 큰 경우, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 스위칭부(132)의 스위칭을 간헐적으로 제어한다(S813).
단계(S805)의 판단 결과 부하가 경부하 기준 값보다 작지 않거나 단계(S809)의 판단 결과 출력 피드백 전압이 제1 버스트 문턱 값보다 크지 않거나 단계(S811)의 판단 결과 출력 피드백 전압이 제2 버스트 문턱 값보다 크지 않은 경우, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 스위칭부(132)의 스위칭을 연속적으로 제어한다(S815).
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압(EVDD)을 생성한다(S817).
생성된 출력 전압(EVDD)은 디스플레이 모듈(110)에 공급된다.
비록 도 8에서는 부하 정보, 출력 피드백 전압 및 DPC 모드를 고려하여 스위칭부(132)의 스위칭을 제어하는 단계들(S803 내지 S815)이 수행된 이후에 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압을 생성하는 단계(S817)가 수행되는 것으로 도시되었으나, 부하 정보, 출력 피드백 전압 및 DPC 모드를 고려하여 스위칭부(132)의 스위칭을 제어하는 단계들(S803 내지 S815)은 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압을 생성하는 단계(S817)와 병렬적으로 수행된다고 볼 수 있다.
도 8은 부하 정보와 DPC 모드를 고려하여 스위칭부(132)의 스위칭을 제어하는 과정을 한 사이클만 나타낸 도면이며, 도 8에 도시된 단계들은 반복적으로 수행될 수 있다. 또한, 도 8에 도시된 각 단계들(S801 내지 S817) 중에서 일부 단계들은 서로 순서가 바뀌거나 병렬적으로 수행될 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)의 전원 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 9의 (a)는 DPC 모드를 나타내며, 도 9의 (b)는 출력 피드백 전압을 나타내며, 도 9의 (c)는 스위칭부(132)의 스위칭 동작을 나타낸다. 그리고, 도 9는 동작 주파수가 고주파수이고 경부하인 상황을 가정한다.
도 9를 참조하면, 시점 t0부터 시점 t3까지는 DPC 모드가 OFF 상태이며, 시점 t4부터는 DPC 모드가 ON 상태이다. 시점 t0부터 시점 t3까지는 DPC 모드가 OFF 상태이므로, 전원 컨트롤러(136)는 출력 피드백 전압(801)과 제1 버스트 문턱 값(811)을 비교한다. 제1 구간(t0~t1)에서는 스위칭부(132)가 정상 모드로 동작함에 따라 출력 피드백 전압(901)이 증가하며, 시점 t1에서 출력 피드백 전압(701)이 제1 버스트 문턱 값(911)에 도달한다. 스위칭부(132)가 정상 모드로 동작한다는 것은 스위칭부(132)가 연속적으로 스위칭을 수행함을 의미한다.
제2 구간(t1~t2)에서는 출력 피드백 전압(901)이 제1 버스트 문턱 값(911)보다 커지게 되며, 이에 따라 전원 컨트롤러(136)는 스위칭부(132)를 버스트 모드로 동작시킨다. 스위칭부(132)가 버스트 모드로 동작한다는 것은 스위칭부(132)가 간헐적으로 스위칭을 수행함을 의미하며, 이에 따라 제2 구간(t1~t2)에서는 스위칭을 수행하는 과정과 스위칭을 중단하는 과정이 교차로 수행될 수 있다. 제2 구간(t1~t2)에서 스위칭부(132)가 버스트 모드로 동작함에 따라 출력 피드백 전압(901)이 감소하며, 시점 t2에서 출력 피드백 전압(901)이 제1 버스트 문턱 값(911)에 도달한다.
제3 구간(t2~t3)에서는 출력 피드백 전압(901)이 제1 버스트 문턱 값(911)보다 작아지게 되며, 이에 따라 전원 컨트롤러(136)는 스위칭부(132)를 정상 모드로 동작시킨다. 제3 구간(t2~t3)에서 스위칭부(132)가 정상 모드로 동작함에 따라 출력 피드백 전압(901)이 증가하며, 시점 t3에서 출력 피드백 전압(901)이 제1 버스트 문턱 값(911)에 도달한다.
시점 t3부터는 DPC 모드가 ON 상태가 됨에 따라, 전원 컨트롤러(136)는 출력 피드백 전압(801)과 제2 버스트 문턱 값(812)을 비교한다. 제4 구간(t3~t4)에서는 출력 피드백 전압(901)이 제2 버스트 문턱 값(912)보다 크며, 이에 따라 전원 컨트롤러(136)는 스위칭부(132)를 버스트 모드로 동작시킨다. 상술한 것과 같이, 제2 버스트 문턱 값(812)는 제1 버스트 문턱 값(811)보다 작은 값이며, 그에 따라 DPC 모드가 ON 상태일 때에는 DPC 모드가 OFF 상태일 때보다 출력 전압이 더 낮아지도록 제어된다.
제5 구간(t4~t5)에서는 출력 피드백 전압(901)이 제2 버스트 문턱 값(912)보다 작아지게 되며, 이에 따라 전원 컨트롤러(136)는 스위칭부(132)를 정상 모드로 동작시킨다. 제5 구간(t4~t5)에서 스위칭부(132)가 정상 모드로 동작함에 따라 출력 피드백 전압(901)이 증가하며, 시점 t5에서 출력 피드백 전압(901)이 제2 버스트 문턱 값(912)에 도달한다.
제6 구간(t5~t6)에서의 동작은 제4 구간(t3~t4)에서의 동작과 동일하며, 제7 구간(t6~t7)에서의 동작은 제5 구간(t4~t5)에서의 동작과 동일하다.
도 9에서는 DPC 모드가 ON 상태일 때와 DPC 모드가 OFF 상태일 때의 스위칭부(132)의 버스트 모드 동작 주기 (또는 버스트 모드 스위칭 주기)를 동일하게 도시하였으나, 본 개시가 이에 한정되지 않는다. 즉, 실시 예에 따라, DPC 모드가 ON 상태일 때와 DPC 모드가 OFF 상태일 때의 스위칭부(132)의 버스트 모드 동작 주기가 서로 상이할 수 있다. 예컨대, DPC 모드가 ON 상태일 때의 스위칭부(132)의 버스트 모드 동작 주기는 DPC 모드가 OFF 상태일 때의 스위칭부(132)의 버스트 모드 동작 주기보다 더 길 수 있다.
또한, 도 9에서는 출력 피드백 전압(901)이 제1 버스트 문턱 값(911) 또는 제2 버스트 문턱 값(912)과 일치하는 시점에 즉시 스위칭부(132)의 버스트 모드의 전환이 이루어지도록 도시하였으나, 본 개시가 이에 한정되지 않는다. 즉, 실시 예에 따라, 출력 피드백 전압(901)이 제1 버스트 문턱 값(911) 또는 제2 버스트 문턱 값(912)보다 커지더라도, 일정 딜레이 이후에 스위칭부(132)의 버스트 모드의 전환이 이루어질 수도 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)의 전원 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 출력 이미지 데이터에 대응하는 전원 제어 신호를 수신한다(S1001).
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 부하 정보와 출력 피드백 전압을 획득한다(S1003).
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 부하 정보에 기초하여 목표 PFC 출력 전압을 결정한다(S1005).
전원 컨트롤러(136)는 부하 정보에만 기초하여 목표 PFC 출력 전압을 결정할 수도 있고, 부하 정보에 기초하여 PFC 출력 전압 조정 값을 결정한 뒤에 PFC 입력 전압과 PFC 출력 전압 조정 값에 기초하여 목표 PFC 출력 전압을 결정할 수도 있다.
전원 컨트롤러(136)는 부하가 작아질수록 PFC 출력 전압을 낮게 결정할 수 있다. 이는 LLC 공진 회로(133)가 고주파수로 동작하는 상황에서는 부하가 작아질수록 출력 게인(gain)이 상승하기 때문이다.
일 실시 예에서, 전원 컨트롤러(136)는 부하-PFC 출력 전압 테이블을 이용하여 부하에 상응하는 목표 PFC 출력 전압을 결정할 수 있다. 예컨대, 부하-PFC 출력 전압 테이블은 부하를 여러 구간으로 구분하였을 때, 각 구간마다 목표 PFC 출력 전압 또는 PFC 출력 전압 조정 값이 설정된 테이블을 의미할 수 있다. 하기 [표 1]은 각 부하 구간과 그에 대응하여 미리 설정된 PFC 출력 전압 조정 값을 나타내는 부하-PFC 출력 전압 테이블의 예시이다. 부하는 최대 부하에 대한 비율로 나타낼 수 있다.
부하 구간 PFC 출력 전압 조정 값
최대 부하 대비 10%이상 0V
최대 부하 대비 5%이상 10%미만 -5V
최대 부하 대비 3%이상 5%미만 -10V
최대 부하 대비 1%이상 3%미만 -15V
최대 부하 대비 1%미만 -20V
일 실시 예에서, 전원 컨트롤러(136)는 부하-PFC 출력 전압 관계식을 이용하여 부하에 상응하는 목표 PFC 출력 전압을 결정할 수 있다. 예컨대, 부하-PFC 출력 전압 관계식은 부하와 목표 PFC 출력 전압 또는 PFC 출력 전압 조정 값 사이의 선형 관계식을 의미할 수 있다. 하기 [수학식 1]은 부하(L)와 그에 대응하여 미리 설정된 PFC 출력 전압 조정 값(ΔVPFC_OUTPUT)을 나타내는 부하-PFC 출력 전압 관계식의 예시이다.
Figure pct00001
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 PFC 회로(131)의 출력 전압을 결정된 목표 PFC 출력 전압으로 조정한다(S1007).
전원 컨트롤러(136)는 부하가 작아질수록 PFC 출력 전압을 낮게 조정할 수 있고, PFC 출력 전압이 낮아짐에 따라 스위칭 주파수(FSW)와 출력 전압(EVDD)이 작아질 수 있다.
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압(EVDD)을 생성한다(S1009).
생성된 출력 전압(EVDD)은 디스플레이 모듈(110)에 공급된다.
비록 도 10에서는 부하 정보와 출력 피드백 전압을 고려하여 PFC 회로(131)의 출력 전압을 조정하는 단계들(S1003 내지 S1007)이 수행된 이후에 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압을 생성하는 단계(S1009)가 수행되는 것으로 도시되었으나, 부하 정보와 출력 피드백 전압을 고려하여 PFC 회로(131)의 출력 전압을 조정하는 단계들(S1003 내지 S1007)은 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압을 생성하는 단계(S1009)와 병렬적으로 수행된다고 볼 수 있다.
도 10은 부하 정보를 고려하여 PFC 회로(131)의 출력 전압을 조정하는 과정을 한 사이클만 나타낸 도면이며, 도 10에 도시된 단계들은 반복적으로 수행될 수 있다. 또한, 도 10에 도시된 각 단계들(S1001 내지 S1009) 중에서 일부 단계들은 서로 순서가 바뀌거나 병렬적으로 수행될 수 있다.
도 11은 부하별로 동작 주파수 대비 LLC 게인을 나타낸 도면이다.
도 11에서 LLC 게인은 LLC 입력 전압(VLLC_INPUT) 대비 LLC 출력 전압(VLLC_OUTPUT) 또는 PFC 출력 전압(VPFC_INPUT) 대비 LLC 출력 전압(VLLC_OUTPUT)을 의미할 수 있다.
도 11을 참조하면, 부하와 상관없이 약 150kHz 내외에서 LLC 게인에 피크가 나타남을 확인할 수 있다. 그리고, 약 150kHz 내외의 피크보다 큰 동작 주파수에서는 동작 주파수가 증가함에 따라 LLC 게인이 감소하는 경향을 보이지만, 부하가 작아질수록 동작 주파수가 증가함에 따른 LLC 게인이 들뜨는 (또는 증가하는) 현상이 발생함을 확인할 수 있다. 구체적으로, 부하가 200W 이상일 때에는 동작 주파수가 증가하더라도 게인의 감소 추세가 줄어들 뿐이지만, 부하가 100W이나 0W일 때에는 동작 주파수가 증가함에 따라 게인이 감소하다가 다시 증가하는 추세가 나타남을 확인할 수 있다. 이는, 앞서 설명하였듯, 경부하에서 동작 주파수가 증가할 경우에 2차측 기생 커패시턴스에 의해 출력 전압이 상승하는 현상에 기인한다. 따라서, PFC 출력 전압 (또는 LCC 입력 전압)을 낮춤으로써 경부하에서 고주파 동작시 출력 전압이 상승하는 현상을 방지할 수 있다.
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)의 전원 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 출력 이미지 데이터에 대응하는 전원 제어 신호를 수신한다(S1201).
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 부하 정보, 출력 피드백 전압 및 DPC 모드 정보를 획득한다(S1203).
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 부하 정보에 따른 부하가 경부하 기준 값보다 작은지 판단한다(S1205).
단계(S1205)의 판단 결과 부하가 경부하 기준 값보다 작은 경우, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 DPC 모드 정보에 기초하여 목표 PFC 출력 전압을 결정한다(S1207).
전원 컨트롤러(136)는 DPC 모드 정보에만 기초하여 목표 PFC 출력 전압을 결정할 수도 있고, DPC 모드 정보에 기초하여 PFC 출력 전압 조정 값을 결정한 뒤에 PFC 입력 전압과 PFC 출력 전압 조정 값에 기초하여 목표 PFC 출력 전압을 결정할 수도 있다.
전원 컨트롤러(136)는 DPC 모드가 ON 상태일 때의 PFC 출력 전압을 DPC 모드가 OFF 상태일 때의 PFC 출력 전압보다 낮게 결정할 수 있다. 이는 PFC 출력 전압이 낮아지면 스위칭 주파수(FSW)도 낮아지고, 그에 따라 출력 전압(EVDD)을 낮출 수 있기 때문이다.
일 실시 예에서, 전원 컨트롤러(136)는 하기 [표 2] 또는 [표 3]과 같은 DPC 모드-PFC 출력 전압 테이블을 이용하여 부하에 상응하는 목표 PFC 출력 전압을 결정할 수 있다.
DPC 모드 PFC 출력 전압
DPC OFF 390V
DPC ON 360V
DPC 모드 PFC 출력 전압 조정 값
DPC OFF 0V
DPC ON -30V
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 PFC 회로(131)의 출력 전압을 결정된 목표 PFC 출력 전압으로 조정한다(S1209).전원 컨트롤러(136)는 DPC 모드가 ON 상태일 경우에 DPC 모드가 OFF 상태인 경우에 비하여 PFC 출력 전압을 낮게 조정할 수 있고, PFC 출력 전압이 낮아짐에 따라 스위칭 주파수(FSW)와 출력 전압(EVDD)이 작아질 수 있다.
일 실시 예에서, 전원 컨트롤러(136)는 DPC 모드와 부하 정보를 모두 고려하여 목표 PFC 출력 전압을 조정할 수 있으며, 이는 도 10의 실시 예와 도 12의 실시 예가 함께 수행되는 실시 예를 의미한다.
단계(S1205)의 판단 결과 부하가 경부하 기준 값보다 작지 않거나 단계(S1209)가 수행된 이후, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압(EVDD)을 생성한다(S1211).
생성된 출력 전압(EVDD)은 디스플레이 모듈(110)에 공급된다.
비록 도 12에서는 DPC 모드 정보와 출력 피드백 전압을 고려하여 PFC 회로(131)의 출력 전압을 조정하는 단계들(S1203 내지 S1209)이 수행된 이후에 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압을 생성하는 단계(S1211)가 수행되는 것으로 도시되었으나, DPC 모드 정보와 출력 피드백 전압을 고려하여 PFC 회로(131)의 출력 전압을 조정하는 단계들(S1203 내지 S1209)은 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압을 생성하는 단계(S1211)와 병렬적으로 수행된다고 볼 수 있다.
도 12는 DPC 모드 정보를 고려하여 PFC 회로(131)의 출력 전압을 조정하는 과정을 한 사이클만 나타낸 도면이며, 도 12에 도시된 단계들은 반복적으로 수행될 수 있다. 또한, 도 12에 도시된 각 단계들(S1201 내지 S1209) 중에서 일부 단계들은 서로 순서가 바뀌거나 병렬적으로 수행될 수 있다.
도 13은 도 12에 도시된 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)의 전원 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 13의 (a)는 DPC 모드를 나타내며, 도 13의 (b)는 PFC 출력 전압을 나타낸다. 그리고, 도 9는 동작 주파수가 고주파수이고 경부하인 상황을 가정한다.
도 13을 참조하면, 제1 구간(t0~t1)과 제3 구간(t2~t3)에서는 DPC 모드가 OFF 상태이며, 제2 구간(t1~t2)에서는 DPC 모드가 ON 상태이다. 제1 구간(t0~t1)에서는 DPC 모드가 OFF 상태이므로, 전원 컨트롤러(136)는 PFC 회로(131)를 제어하여 PFC 출력 전압(1301)을 미리 정해진 390VDC로 설정할 수 있다.
제2 구간(t1~t2)에서는 DPC 모드가 ON 상태이므로, 전원 컨트롤러(136)는 PFC 회로(131)를 제어하여 PFC 출력 전압(1301)을 미리 정해진 360VDC로 조정할 수 있다. 시점 t1에서 DPC 모드가 OFF 상태에서 ON 상태로 변환되지만, PFC 출력 전압(1301)이 조정되는데는 일정한 시간이 소요될 수 있다.
제3 구간(t2~t3)에서는 DPC 모드가 OFF 상태이므로, 전원 컨트롤러(136)는 PFC 회로(131)를 제어하여 PFC 출력 전압(1301)을 미리 정해진 390VDC로 조정할 수 있다. 시점 t2에서 DPC 모드가 ON 상태에서 OFF 상태로 변환되지만, PFC 출력 전압(1301)이 조정되는데는 일정한 시간이 소요될 수 있다.
도 14는 PFC 출력 전압에 따른 LLC 공진 전압과 출력 전압을 나타낸 도면들이다.
도 14의 (a)는 PFC 출력 전압이 390V일 때의 LLC 공진 전압(1411)과 출력 전압(1412)을 나타내며, 도 14의 (b)는 PFC 출력 전압이 360V일 때의 LLC 공진 전압(1421)과 출력 전압(1422)을 나타낸다.
도 14의 (a)를 참조하면, PFC 출력 전압이 390V일 때, 스위칭 주파수(FSW)가 약 526kHz이고 출력 전압(1412)이 약 32V이다. 반면, 도 14의 (b)를 참조하면, PFC 출력 전압이 360V일 때, 스위칭 주파수(FSW)가 약 430kHz이고 출력 전압(1422)이 약 23.8V이다. 이와 같이, PFC 출력 전압을 하향 조정함으로써 출력 전압을 낮출 수 있고, 이에 따라 경부하 고주파 가동시에 출력 전압이 상승하는 것을 억제할 수 있다.
추가적으로, 하기 [표 4]는 경부하에서 PFC 출력 전압 (또는 LLC 입력 전압)에 대응하는 스위칭 주파수(FSW)와 출력 전압(EVDD)를 나타낸다. 하기 [표 4]를 참조하면, 경부하에서 PFC 출력 전압 (또는 LLC 입력 전압)이 커질수록 스위칭 주파수와 출력 전압이 커짐을 확인할 수 있다.
LLC 입력 전압 DPC 모드 FSW EVDD
360V ON 430kHz 23.8V
370V ON 490kHz 24.2V
380V ON 500kHz 28V
395V ON 526kHz 32V
도 15는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)의 전원 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 15를 참조하면, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 출력 이미지 데이터에 대응하는 전원 제어 신호를 수신한다(S1501).
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 부하 정보 및 DPC 모드 정보를 획득한다(S1503).
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 부하 정보에 따른 부하가 경부하 기준 값보다 작은지 판단한다(S1505).
단계(S1505)의 판단 결과 부하가 경부하 기준 값보다 작은 경우, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 DPC 모드가 ON인지 판단한다(S1507).
단계(S1507)의 판단 결과 DPC 모드가 ON인 경우, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 일정한 주기마다 펄스 스킵(pulse skip) 구간을 포함하는 스위치 제어 신호를 생성한다(S1509).
전원 컨트롤러(136)는 스위치 제어 신호를 생성하고, 생성한 스위치 제어 신호를 스위칭부(132)에 전달함으로써 스위칭부(132)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 스위치 제어 신호는 Ho 출력과 Lo 출력을 포함할 수 있고, Ho 출력의 펄스와 Lo 출력의 펄스는 서로 교차로 ON되도록 구성된다.
종래에는 DPC 모드가 ON 상태일 경우에, DPC 모드가 OFF 상태인 경우와 비교하여 Ho 출력의 펄스 폭과 Lo 출력의 펄스 폭을 줄임으로써 스위칭 주파수(펄스 주파수)를 증가시켰다. 그러나, 상술한 것과 같이, 경부하에서는 동작 주파수가 증가할 경우에 출력 전압이 증가하는 문제가 있기 때문에 스위칭 주파수를 증가시키는 종래의 방법은 부적합하다.
본 개시에서는, DPC 모드가 ON 상태일 경우에, DPC 모드가 OFF 상태인 경우와 비교하여 스위칭 주파수(펄스 주파수)를 변경하지 않고 일정한 주기마다 펄스를 스킵하는 Ho 출력과 Lo 출력으로 구성된 스위치 제어 신호를 이용할 수 있다. 스위치 제어 신호에서 스위칭 주파수가 변경되지 않고 일부 펄스가 스킵됨에 따라 스위칭 주파수의 변경 없이도 스위칭에 따라 전달되는 에너지를 줄일 수 있고, 그에 따라 출력 전압을 낮추는 효과를 가져올 수 있다.
전원 컨트롤러(136)는 일정 주기마다 펄스 스킵 구간을 포함하는 스위치 제어 신호를 생성할 수 있다. 생성된 스위치 제어 신호에서 펄스 스킵 구간에서는 Ho 출력의 펄스와 Lo 출력의 펄스가 포함되지 않는다. 그리고, 생성된 스위치 제어 신호에서 펄스 스킵 구간을 제외한 펄스 구간에서는 Ho 출력의 펄스 폭의 합이 Lo 출력의 펄스 폭의 합과 같고, 이에 따라 제1 스위치의 동작과 제2 스위치의 동작에 의하여 LLC 공진 회로(133)에 전달되는 에너지를 동일하게 유지할 수 있다.
단계(S1505)의 판단 결과 부하가 경부하 기준 값보다 작지 않거나 단계(S1507)의 판단 결과 DPC 모드가 OFF인 경우, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 펄스 스킵 구간 없는 스위치 제어 신호를 생성한다(S1511).
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 생성한 스위치 제어 신호를 이용하여 스위칭부(132)의 스위칭을 제어한다(S1513).
그리고, 디스플레이 장치(100)의 전원 컨트롤러(136)는 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압(EVDD)을 생성한다(S1515).
생성된 출력 전압(EVDD)은 디스플레이 모듈(110)에 공급된다.
비록 도 15에서는 DPC 모드 정보를 고려한 스위치 제어 신호를 이용하여 스위칭부(132)를 제어하는 단계들(S1503 내지 S1513)이 수행된 이후에 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압을 생성하는 단계(S1515)가 수행되는 것으로 도시되었으나, DPC 모드 정보를 고려한 스위치 제어 신호를 이용하여 스위칭부(132)를 제어하는 단계들(S1503 내지 S1513)은 전원 제어 신호에 기초하여 출력 전압을 생성하는 단계(S1515)와 병렬적으로 수행된다고 볼 수 있다.
도 15는 DPC 모드 정보를 고려하여 스위치 제어 신호를 조정하는 과정을 한 사이클만 나타낸 도면이며, 도 15에 도시된 단계들은 반복적으로 수행될 수 있다. 또한, 도 15에 도시된 각 단계들(S1501 내지 S1515) 중에서 일부 단계들은 서로 순서가 바뀌거나 병렬적으로 수행될 수 있다.
도 16은 도 15에 개시된 실시 예에 따른 디스플레이 장치(100)의 전원 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 16의 (a)는 DPC 모드를 나타내며, 도 16의 (b)는 종래의 스위치 제어 신호를 나타내며, 도 16의 (c)는 본 개시의 일 실시 예에 따른 스위치 제어 신호를 나타낸다.
도 16의 (a)를 참조하면, 제1 구간(t0~t1)에서는 DPC 모드가 OFF 상태이고, 제2 구간(t1~)에서는 DPC 모드가 ON 상태이다. 종래의 스위치 제어 신호와 본 개시의 일 실시 예에 따른 스위치 제어 신호는 모두 제1 구간(t0~t1)에서 Ho 출력과 Lo 출력은 서로 동일한 폭의 펄스가 교차로 ON된다.
도 16의 (b)를 참조하면, 종래의 스위치 제어 신호는 제2 구간(t1~)에서의 Ho 출력(1611)과 Lo 출력(1612)의 펄스 폭이 제1 구간(t0~t1)에서의 펄스 폭에 비해 줄어들고, 그에 따라 스위칭 주파수가 증가하게 된다.
그러나, 도 16의 (c)를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 스위치 제어 신호는 제2 구간(t1~)에서의 스위치 주파수와 제1 구간(t0~t1)에서의 스위치 주파수가 동일하게 유지되며, 일정한 주기마다 펄스 구간(1631)과 펄스 스킵 구간(1632)이 반복된다. 펄스 스킵 구간(1632)에서는 Ho 출력(1621)과 Lo 출력(1622) 모두 펄스가 포함되지 않고, 펄스 구간(1631)에서만 Ho 출력(1621)과 Lo 출력(1622)의 펄스가 포함된다. 하나의 펄스 구간(1631)에서의 Ho 출력(1621)의 펄스의 폭의 합은 Lo 출력(1622)의 펄스의 폭의 합과 동일하며, 이에 따라 하나의 펄스 구간(1631)에서 제1 스위치와 제2 스위치를 통해 공급되는 에너지가 동일하게 유지될 수 있다. 즉, 도 16에서 펄스 구간(1631)에서의 Ho 출력(1621)의 펄스의 폭 w1은 Lo 출력(1621)의 두 펄스의 폭 w2와 w3의 합과 동일할 수 있다. 나아가, 펄스 구간(1631)에서의 Lo 출력(1621)의 두 펄스의 폭 w2와 w3은 서로 동일할 수 있다.
제2 구간(t1~)에서의 Ho 출력의 펄스 폭 또는 Lo 출력의 펄스 폭은 제1 구간(t0~t1)에서의 펄스 폭 w1과 동일할 수 있다. 도 16에서는 제2 구간(t1~)에서의 Ho 출력의 펄스 폭만이 제1 구간(t0~t1)에서의 펄스 폭 w1과 동일한 실시 예를 도시하였으나, 본 개시가 이에 한정되지 않는다. 일 실시 예에서, 제2 구간(t1~)에서의 Lo 출력의 펄스 폭만이 제1 구간(t0~t1)에서의 펄스 폭 w1과 동일할 수도 있다.
도 16에서는 제2 구간(t1~)에서 펄스 구간(1631)과 펄스 스킵 구간(1632) 각각이 하나의 펄스 주기 T와 동일한 실시 예를 도시할 뿐이며, 본 개시가 이에 한정되지 않는다. 일 실시 예에서, 펄스 구간(1631)과 펄스 스킵 구간(1632)는 각각 펄스 주기 T의 정수 배로 설정될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전술한 방법은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다.

Claims (15)

  1. 고주파로 동작하는 디스플레이 장치에 있어서,
    디스플레이 모듈;
    부하 정보를 획득하는 제어 보드; 및
    PFC(Power Factor Correction) 회로, 스위칭부, LLC 공진 회로, 변압기 및 전원 컨트롤러를 포함하고, 상기 부하 정보를 고려하여 상기 디스플레이 모듈 및 상기 제어 보드에 출력 전압을 공급하는 파워 보드를 포함하고,
    상기 전원 컨트롤러는
    상기 부하 정보에 따른 부하가 경부하 기준 값(light load reference value)보다 작은 경우 상기 스위칭부의 스위칭 동작 또는 상기 PFC 회로의 PFC 출력 전압을 조정하여 상기 출력 전압에 대한 게인 상승을 억제하는, 디스플레이 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전원 컨트롤러는
    상기 출력 전압에 대한 피드백으로써 출력 피드백 전압을 획득하고, 상기 출력 피드백 전압이 제1 버스트 문턱 값보다 큰 경우 상기 스위칭부의 스위칭을 간헐적으로 제어하는, 디스플레이 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전원 컨트롤러는
    상기 출력 피드백 전압이 상기 제1 버스트 문턱 값보다 크지 않은 경우 상기 스위칭부의 스위칭을 연속적으로 제어하는, 디스플레이 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전원 컨트롤러는
    소비 전력 저감을 위한 DPC(Dynamic Power Control) 모드 정보를 획득하고, 상기 DPC 모드 정보에 따른 DPC 모드가 ON 상태이고 상기 출력 피드백 전압이 상기 제2 버스트 문턱 값보다 큰 경우 상기 스위칭부의 스위칭을 간헐적으로 제어하고,
    상기 제2 버스트 문턱 값은
    상기 제1 버스트 문턱 값보다 작은 값인, 디스플레이 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전원 컨트롤러는
    상기 DPC 모드가 ON 상태이고 상기 출력 피드백 전압이 상기 제2 버스트 문턱 값보다 크지 않은 경우 상기 스위칭부의 스위칭을 연속적으로 제어하는, 디스플레이 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전원 컨트롤러는
    상기 출력 전압에 대한 피드백으로써 출력 피드백 전압을 획득하고, 상기 부하 정보에 기초하여 목표 PFC 출력 전압을 결정하고, 상기 출력 피드백 전압을 이용하여 상기 PFC 출력 전압을 상기 목표 PFC 출력 전압으로 조정하는, 디스플레이 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전원 컨트롤러는
    상기 부하가 작아질수록 상기 목표 PFC 출력 전압을 작게 결정하는, 디스플레이 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전원 컨트롤러는
    소비 전력 저감을 위한 DPC 모드 정보를 획득하고, 상기 DPC 모드 정보에 기초하여 상기 목표 PFC 출력 전압을 결정하는, 디스플레이 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전원 컨트롤러는
    상기 DPC 모드 정보에 따른 DPC 모드가 ON 상태일 경우의 상기 목표 PFC 출력 전압을 상기 DPC 모드가 OFF 상태일 경우의 상기 목표 PFC 출력 전압보다 낮게 결정하는, 디스플레이 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 전원 컨트롤러는
    소비 전력 저감을 위한 DPC 모드 정보를 획득하고, 상기 DPC 모드 정보에 기초하여 스위치 제어 신호를 생성하고, 상기 스위치 제어 신호를 이용하여 상기 스위칭부의 스위칭을 제어하는, 디스플레이 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전원 컨트롤러는
    상기 DPC 모드 정보에 따른 DPC 모드가 OFF 상태일 경우 펄스 스킵 구간 없는 상기 스위치 제어 신호를 생성하고,
    상기 펄스 스킵 구간은
    스위치 제어 펄스를 포함하지 않는 구간인, 디스플레이 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전원 컨트롤러는
    상기 DPC 모드가 ON 상태일 경우 일정한 주기로 상기 펄스 스킵 구간을 포함하는 상기 스위치 제어 신호를 생성하는, 디스플레이 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 스위치 제어 신호의 주파수는
    상기 DPC 모드가 ON 상태인 경우와 상기 DPC 모드가 OFF 상태인 경우에 동일한, 디스플레이 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 고주파수는
    동작 주파수가 300kHz 이상인 경우인, 디스플레이 장치.
  15. 고주파로 동작하는 디스플레이 장치의 전원 제어 방법에 있어서,
    부하 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 부하 정보에 따른 부하가 경부하 기준 값(light load reference value)보다 작은 경우 상기 스위칭부의 스위칭 동작 또는 상기 PFC 회로의 PFC 출력 전압을 조정하여 상기 출력 전압에 대한 게인 상승을 억제하는 단계를 포함하는, 방법.
KR1020237002440A 2020-07-28 2020-07-28 디스플레이 장치 및 그에 대한 전원 제어 방법 KR20230029841A (ko)

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