KR20230096951A - Dc-dc 컨버터 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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박성천
이윤영
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Abstract

DC-DC 컨버터는 일반 모드에서 복수의 트랜지스터들을 서로 교번하여 턴-온(turn-on)시킴으로써 제1 인덕터 전류를 생성하는 제1 구동 방식으로 제1 전원 전압을 출력하고, 절전 모드에서 제1 구동 방식보다 적은 턴-온 횟수로 제1 인덕터 전류를 생성하는 제2 구동 방식으로 제1 전원 전압을 출력하는 제1 컨버터; 절전 모드에서 제2 구동 방식보다 더 적은 턴-온 횟수로 제2 인덕터 전류를 생성하는 제3 구동 방식으로 제2 전원 전압을 출력하고, 절전 모드에서의 제2 전원 전압과 일반 모드에서의 제2 전원 전압의 크기를 다르게 결정하는 제2 컨버터; 및 제1 및 제2 컨버터들이 일반 모드 또는 절전 모드에 따라 구동하도록 모드 제어 신호를 제1 및 제2 컨버터들에 공급하는 모드 선택부를 포함한다.

Description

DC-DC 컨버터 및 이를 포함하는 표시 장치{DC-DC CONVERTER AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표시 장치에 포함되는 DC-DC 컨버터에 관한 것이다.
표시 장치는 외부로부터 공급되는 입력 전원을 변환함으로써 화소들의 구동에 필요한 고전위 전원과 저전위 전원을 생성하는 DC-DC 컨버터를 포함한다. 예를 들어, 상기 DC-DC 컨버터는 생성된 양극성의 전원과 음극성의 전원을 전원선을 통하여 화소들로 공급한다.
다만, 상기 표시 장치에 포함되는 표시 패널의 크기 또는 표시 가능 휘도 범위가 커짐에 따라 상기 표시 패널에 제공되는 구동 전류의 범위가 커지게 된다. 이에 따라, 구동 전류의 크기가 작은 저휘도 등으로 구동될 때 상기 DC-DC 컨버터의 변환 효율이 감소된다. 또한, 상기 DC-DC 컨버터가 가지는 비교적 큰 내부 저항 또는 반복적인 스위칭으로 인한 전력 손실(power loss)이 증가됨으로써 불필요한 전력 소모 및 발열이 증가한다.
본 발명의 일 목적은 일반 모드 및 절전 모드로 구동되며, 전력 손실을 개선하기 위한 DC-DC 컨버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 DC-DC 컨버터를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 목적은 상술한 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 DC-DC 컨버터는 일반 모드에서 복수의 트랜지스터들을 서로 교번하여 턴-온(turn-on)시킴으로써 제1 인덕터 전류를 생성하는 제1 구동 방식으로 제1 전원 전압을 출력하고, 절전 모드에서 상기 제1 인덕터 전류를 생성하는 제2 구동 방식으로 상기 제1 전원 전압을 출력하는 제1 컨버터; 상기 절전 모드에서 제2 인덕터 전류를 생성하는 제3 구동 방식으로 제2 전원 전압을 출력하고, 상기 절전 모드에서의 상기 제2 전원 전압과 상기 일반 모드에서의 상기 제2 전원 전압의 크기를 다르게 결정하는 제2 컨버터; 및 상기 제1 및 제2 컨버터들이 상기 일반 모드 또는 상기 절전 모드에 따라 구동하도록 모드 제어 신호를 상기 제1 및 제2 컨버터들에 공급하는 모드 선택부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제2 구동 방식에서의 상기 트랜지스터들의 턴-온 횟수가 동일한 시간 동안의 상기 제1 구동 방식에서의 상기 트랜지스터들의 턴-온 횟수보다 적을 수 있다. 상기 제3 구동 방식에서의 상기 트랜지스터들의 턴-온 횟수가 동일한 시간 동안의 상기 제2 구동 방식에서의 상기 트랜지스터들의 턴-온 횟수보다 적을 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 일반 모드에서 상기 제2 컨버터는 표시 패널의 로드의 크기에 따라 상기 제1 구동 방식, 상기 제2 구동 방식 및 상기 제3 구동 방식 중 하나를 선택하여 구동함으로써, 상기 제2 전원 전압을 출력할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제3 구동 방식은 펄스 주파수 변조(Pulse Frequency Modulation; PFM) 방식으로 구현될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1 컨버터에서, 상기 제1 구동 방식은 상기 제1 인덕터 전류의 크기를 연속적으로 변화시키고, 상기 제2 구동 방식은 상기 제1 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 구간을 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제2 컨버터에서, 상기 제2 구동 방식은 상기 제2 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 제1 불연속 구간을 포함하고, 제3 구동 방식은 상기 제2 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 제2 불연속 구간을 포함할 수 있다. 상기 제2 불연속 구간이 상기 제1 불연속 구간보다 길 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1 구동 방식으로 생성된 상기 제1 인덕터 전류는 제1 피크 값을 갖고, 상기 제2 구동 방식으로 생성된 상기 제1 인덕터 전류는 상기 제1 피크 값보다 작은 제2 피크 값을 가질 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 일반 모드에서의 구동 주파수보다 상기 절전 모드에서의 상기 구동 주파수가 더 낮을 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 절전 모드에서의 상기 구동 주파수는 표시 패널의 로드의 크기가 작아짐에 따라 기 설정된 값으로 작아질 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1 컨버터는, 입력 전원과 제1 노드 사이에 연결되며, 상기 제1 인덕터 전류를 생성하는 제1 인덕터; 상기 제1 노드와 접지 사이에 연결된 제1 트랜지스터; 상기 제1 트랜지스터와 병렬로 연결되며, 상기 제1 트랜지스터보다 작은 크기를 갖는 제1 절전 트랜지스터; 상기 제1 노드와 제1 출력단 사이에 연결된 제2 트랜지스터; 상기 제 2 트랜지스터와 병렬로 연결되며, 상기 제2 트랜지스터보다 작은 크기를 갖는 제2 절전 트랜지스터; 및 상기 제1 트랜지스터, 상기 제2 트랜지스터, 상기 제1 절전 트랜지스터 및 상기 제2 절전 트랜지스터의 온-오프를 제어하는 제1 스위칭 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터는 상기 일반 모드에서 서로 교번하며 턴 온 될 수 있다. 상기 제1 절전 트랜지스터 및 상기 제2 절전 트랜지스터는 상기 절전 모드에서 서로 교번하며 턴 온 될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1 컨버터는, 상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제1 절전 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 연결되고, 상기 일반 모드에서 턴 온되는 제1 스위치; 상기 제1 절전 트랜지스터의 상기 게이트 전극과 상기 제1 스위칭 제어부 사이에 연결되고, 상기 절전 모드에서 턴 온되는 제2 스위치; 상기 제2 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제2 절전 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 연결되고, 상기 일반 모드에서 턴 온되는 제3 스위치; 및 상기 제2 절전 트랜지스터의 상기 게이트 전극과 상기 제1 스위칭 제어부 사이에 연결되고, 상기 절전 모드에서 턴 온되는 제4 스위치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1 절전 트랜지스터 및 상기 제2 절전 트랜지스터는 상기 제1 및 제3 스위치들의 턴 온에 기초하여 상기 일반 모드에서 서로 교번하며 턴 온 될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제2 컨버터는, 제2 노드와 접지 사이에 연결되며, 상기 제2 인덕터 전류를 생성하는 제2 인덕터; 상기 입력 전원과 상기 제2 노드 사이에 연결된 제3 트랜지스터; 상기 제3 트랜지스터와 병렬로 연결되며, 상기 제3 트랜지스터보다 작은 크기를 갖는 제3 절전 트랜지스터; 상기 제2 노드와 제2 출력단 사이에 연결된 제4 트랜지스터; 상기 제4 트랜지스터와 병렬로 연결되며, 상기 제4 트랜지스터보다 작은 크기를 갖는 제4 절전 트랜지스터; 및 상기 제1 트랜지스터, 상기 제2 트랜지스터, 상기 제1 절전 트랜지스터 및 상기 제2 절전 트랜지스터의 온-오프를 제어하는 제2 스위칭 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제3 트랜지스터 및 상기 제4 트랜지스터는 상기 일반 모드에서 서로 교번하며 턴 온 될 수 있다. 상기 제3 절전 트랜지스터 및 상기 제4 절전 트랜지스터는 상기 절전 모드에서 서로 교번하며 턴 온 될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제2 컨버터는, 상기 제3 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제3 절전 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 연결되고, 상기 일반 모드에서 턴 온되는 제5 스위치; 상기 제3 절전 트랜지스터의 상기 게이트 전극과 상기 제2 스위칭 제어부 사이에 연결되고, 상기 절전 모드에서 턴 온되는 제6 스위치; 상기 제4 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제4 절전 트랜지스터의 게이트 전극 사이에 연결되고, 상기 일반 모드에서 턴 온되는 제7 스위치; 및 상기 제4 절전 트랜지스터의 상기 게이트 전극과 상기 제2 스위칭 제어부 사이에 연결되고, 상기 절전 모드에서 턴 온되는 제8 스위치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제3 절전 트랜지스터 및 상기 제4 절전 트랜지스터는 상기 제5 및 제7 스위치들의 턴 온에 기초하여 상기 일반 모드에서 서로 교번하며 턴 온 될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제2 컨버터는 수직 블랭크 구간 내에서 상기 모드 제어 신호에 동기하여 구동 방식을 전환하면서 상기 제2 전원 전압의 크기를 변화시킬 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제2 컨버터는 수직 블랭크 구간 내에서 상기 모드 제어 신호에 동기하여 구동 방식을 전환할 수 있다. 상기 일반 모드로부터 상기 절전 모드로의 상기 구동 방식 전환 전에 복수의 수직 블랭크 구간들에 걸쳐 상기 제2 전원 전압의 크기가 절전 모드 목표 레벨로 단계적으로 변화할 수 있다. 상기 절전 모드로부터 상기 일반 모드로의 상기 구동 방식 전환 후에 복수의 수직 블랭크 구간들에 걸쳐 상기 제2 전원 전압의 크기가 일반 모드 목표 레벨로 단계적으로 변화할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 모드 선택부는 상기 모드 제어 신호를 블랙 영상 구간에서 인에이블시킬 수 있다. 상기 제2 컨버터는 상기 블랙 영상 구간에서 상기 제2 전원 전압의 크기를 변화시키고, 상기 모드 제어 신호에 동기하여 구동 방식을 전환할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 DC-DC 컨버터는 상기 일반 모드와 상기 절전 모드의 전환 사이의 블랙 영상 구간에서 상기 제1 컨버터로부터 출력되는 상기 제1 전원 전압의 변화량과 기 설정된 기준 전압을 비교하고, 상기 제1 전원 전압의 변화량이 상기 기준 전압보다 크면 상기 DC-DC 컨버터를 셧다운하는 보호부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 블랙 영상 구간에서 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터의 스위칭 동작이 중단되고, 상기 제1 컨버터의 출력단 및 상기 제2 컨버터의 출력단이 플로팅(floating)된 상태에서 상기 제1 전원 전압의 변화량과 상기 기준 전압을 비교할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 DC-DC 컨버터는 상기 일반 모드와 상기 절전 모드의 전환 사이의 블랙 영상 구간에서 상기 제2 컨버터로부터 출력되는 상기 제2 전원 전압과 기 설정된 기준 전압을 비교하고, 상기 제2 전원 전압의 크기가 상기 기준 전압보다 크면 상기 DC-DC 컨버터를 셧다운하는 보호부를 더 포함할 수 있다. 상기 블랙 영상 구간의 적어도 일부 동안 상기 제2 컨버터의 동작이 중단될 수 있다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 DC-DC 컨버터는 일반 모드에서 제1 인덕터 전류의 크기가 제1 구동 주파수의 제1 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 기초하여 연속적으로 변화하는 제1 구동 방식으로 제1 전원 전압을 출력하고, 절전 모드에서 제2 구동 주파수의 상기 제1 PWM 신호에 기초하여 상기 제1 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 구간인 제1 불연속 구간을 포함하는 제2 구동 방식으로 제1 전원 전압을 출력하는 부스트 컨버터(boost converter); 상기 절전 모드에서 제2 PWM 신호에 기초하여 제2 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 제2 불연속 구간을 포함하는 제3 구동 방식 또는 주파수를 낮추는 펄스 주파수 변조(Pulse Frequency Modulation; PFM) 방식으로 제2 전원 전압을 출력하고, 상기 일반 모드에서 상기 제2 컨버터는 표시 패널의 로드의 크기에 따라 상기 제1 구동 방식, 상기 제2 구동 방식, 및 상기 제3 구동 방식 중 하나로 상기 제2 전원 전압을 출력하는 제1 인버팅 컨버터(inverting converter); 및 상기 절전 모드에서 동작하지 않고, 상기 일반 모드에서 상기 표시 패널의 로드가 기 설정된 기준 로드를 초과하는 경우에만 상기 제1 구동 방식 또는 상기 제2 구동 방식으로 상기 제2 전원 전압을 출력하는 제2 인버팅 컨버터를 포함할 수 있다. 상기 제2 불연속 구간이 상기 제1 불연속 구간보다 길 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제2 주파수가 상기 제1 주파수보다 낮을 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1 인버팅 컨버터는 상기 절전 모드에서의 상기 제2 전원 전압과 상기 일반 모드에서의 상기 제2 전원 전압의 크기를 다르게 출력할 수 있다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치는, 복수의 화소들을 포함하고, 일반 모드 및 절전 모드 중 하나로 영상을 표시하는 표시 패널; 상기 표시 패널에 데이터 신호를 제공하는 데이터 구동부; 및 상기 표시 패널에 제1 전원 전압 및 상기 제1 전원 전압보다 낮은 제2 전원 전압을 공급하고, 상기 데이터 구동부에 소스 구동 전압을 공급하는 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 상기 DC-DC 컨버터는 상기 일반 모드에서 복수의 트랜지스터들을 서로 교번하여 턴-온(turn-on)시킴으로써 제1 인덕터 전류를 생성하는 제1 구동 방식으로 상기 제1 전원 전압을 출력하고, 상기 절전 모드에서 상기 제1 인덕터 전류를 생성하는 제2 구동 방식으로 상기 제1 전원 전압을 출력하는 제1 컨버터; 및 상기 절전 모드에서 제2 인덕터 전류를 생성하는 제3 구동 방식으로 상기 제2 전원 전압을 출력하고, 상기 절전 모드에서의 상기 제2 전원 전압과 상기 일반 모드에서의 상기 제2 전원 전압의 크기를 다르게 결정하는 제2 컨버터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제2 구동 방식에서의 상기 트랜지스터들의 턴-온 횟수가 동일한 시간 동안의 상기 제1 구동 방식에서의 상기 트랜지스터들의 턴-온 횟수보다 적을 수 있다. 상기 제3 구동 방식에서의 상기 트랜지스터들의 턴-온 횟수가 동일한 시간 동안의 상기 제2 구동 방식에서의 상기 트랜지스터들의 턴-온 횟수보다 적을 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1 컨버터에서, 상기 제1 구동 방식은 상기 제1 인덕터 전류의 크기를 연속적으로 변화시키고, 상기 제2 구동 방식은 상기 제1 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 구간을 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제2 컨버터에서, 상기 제2 구동 방식은 상기 제2 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 제1 불연속 구간을 포함하고, 상기 제3 구동 방식은 상기 제2 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 제2 불연속 구간을 포함할 수 있다. 상기 제2 불연속 구간이 상기 제1 불연속 구간보다 길 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 DC-DC 컨버터 및 이를 포함하는 표시 장치는 구동 모드에 따라 DC-DC 컨버터 내부의 구동 방식의 변화 및 제2 전원 전압의 변화를 이용하여 전원 전압들을 출력함으로써, 스위칭에 의한 전력 소모가 저감될 수 있다. 따라서, DC-DC 컨버터 및 이를 포함하는 표시 장치의 발열 및 소비 전력이 감소하고, 전원 전압의 변환 효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 DC-DC 컨버터 및 이를 포함하는 표시 장치는 별도의 추가 구성 없이 일반 모드와 절전 모드 사이에서의 구동 방식 및 제2 전원 전압을 비교적 자유롭게 제어할 수 있다. 따라서, 절전 모드(예를 들어, AOD 모드) 구현을 위한 비용이 절감되고, 주변 조도가 밝은 외부 환경에서 기존보다 더 높은 수준의 절전 모드의 휘도를 구현할 수 있다. 즉, DC-DC 컨버터의 구동 방식 및/또는 제2 전원 전압(ELVSS)의 크기 조절이 비교적 용이하므로, 절전 모드에서의 최대 휘도가 유연하게 제어될 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 DC-DC 컨버터를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 DC-DC 컨버터에 포함되는 제1 컨버터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 제1 컨버터에 포함되는 트랜지스터들의 크기의 일 예를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 DC-DC 컨버터에 포함되는 제2 컨버터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 제2 컨버터가 인덕터 전류를 생성하는 구동 방식들의 일 예들을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 2의 DC-DC 컨버터에 포함되는 제1 컨버터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 2의 DC-DC 컨버터에 포함되는 제2 컨버터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 2의 DC-DC 컨버터의 동작의 일 예를 나타내는 파형도이다.
도 10은 도2 의 DC-DC 컨버터의 동작의 다른 일 예를 나타내는 파형도이다.
도 11은 도2 의 DC-DC 컨버터의 동작의 다른 일 예를 나타내는 파형도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 DC-DC 컨버터의 동작의 일 예를 나타내는 파형도이다.
도 14a 및 도 14b는 도 12의 DC-DC 컨버터의 동작의 다른 일 예들을 나타내는 파형도이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 15의 DC-DC 컨버터에 포함되는 인버팅 컨버터 모듈의 일 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 표시 장치(1000)는 DC-DC 컨버터(100), 표시 패널(300) 및 데이터 구동부(500)를 포함할 수 있다.
표시 장치(1000)는 주사 구동부(도시되지 않음) 및 DC-DC 컨버터(100), 데이터 구동부(500) 및 주사 구동부의 구동 제어를 위한 타이밍 제어부(도시되지 않음)를 더 포함한다. 일 실시예에서, 타이밍 제어부 및 데이터 구동부(500)는 하나의 드라이버 IC에 집적되거나, 표시 패널(300) 상에 직접 배치될 수 있다. 주사 구동부는 표시 패널(300) 상에 직접 배치되거나, IC 형태로 표시 패널에 연결될 수 있다.
표시 장치(1000)는 유기 발광 표시 장치일 수 있다. 이와는 달리, 표시 장치(1000)는 액정 표시 장치일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 표시 장치(1000)의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 표시 장치(1000)는 일반적으로 영상을 표시하는 일반 모드, 저전력으로 영상을 표시하는 절전 모드로 구동될 수 있다. 절전 모드는 표시 패널(300)의 최대 휘도를 기 설정된 휘도 이하로 제한함으로써 전력 소모를 최소화하는 구동 방식이다. 예를 들어, 절전 모드는 간단한 표시 정보를 항상 표시하는 AOD(Always On Display) 모드, 어두운 환경에서 초저휘도로 화면을 표시하는 소정의 디스플레이 모드 등일 수 있다.
DC-DC 컨버터(100)는 입력 전압(VIN)에 기초하여 표시 패널(300) 및 데이터 구동부(500)에 제공되는 소스 전압들(ELVDD, ELVSS, AVDD)의 크기 및 시퀀스를 관리할 수 있다. 제1 전원 전압(ELVDD) 및 제2 전원 전압(ELVSS)은 화소(P)들의 구동에 필요한 고전위 전압과 저전위 전압이고, 소스 구동 전압(AVDD)은 데이터 구동부(500)의 구동에 필요한 전압이다. 일 실시예에서, DC-DC 컨버터(100)는 입력 전원(VIN)의 전압을 제1 전원 전압(ELVDD)으로 변환하는 제1 컨버터(120), 입력 전원(VIN)의 전압을 제2 전원 전압(ELVSS)으로 변환하는 제2 컨버터(140) 및 입력 전원(VIN)의 전압을 소스 구동 전압(AVDD)으로 변환하는 제3 컨버터(160)를 포함할 수 있다. 제1 및 제3 컨버터들(120, 160)은 부스트 컨버터(boost converter)이고, 제2 컨버터(140)는 인버팅 벅 부스트 컨버터(inverting buck boost converter)일 수 있다.
제1 컨버터(120)는 일반 모드에서 복수의 트랜지스터들을 서로 교번하여 턴-온(turn-on)시킴으로써 제1 인덕터 전류를 생성하는 제1 구동 방식으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 구동 방식은 제1 인덕터 전류(즉, 제1 인덕터 전류의 크기)가 제1 구동 주파수의 제1 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 기초하여 연속적으로 변화하는 구동 방식일 수 있다. 예를 들어, 제1 구동 방식은 연속 전도 모드(continuous conduction mode; 이하, CCM) 방식일 수 있다.
제1 컨버터(120)는 절전 모드에서 제1 구동 방식보다 적은 턴-온 횟수로 제1 인덕터 전류를 생성하는 제2 구동 방식으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 구동 방식은 제2 구동 주파수의 제1 PWM 신호에 기초하여 제1 인덕터 전류(즉, 제1 인덕터 전류의 크기)가 변화하지 않는 구간인 제1 불연속 구간을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 구동 방식은 불연속 전도 모드(discontinuous conduction mode; 이하, DCM) 방식일 수 있다. 또한, 제2 구동 주파수는 제1 구동 주파수와 동일하거나 이보다 낮을 수 있다.
일 실시예에서, 제1 구동 방식으로 생성된 제1 인덕터 전류는 제1 피크 값을 갖고, 제2 구동 방식으로 생성된 제1 인덕터 전류는 상기 제1 피크 값보다 작은 제2 피크 값을 가질 수 있다.
절전 모드에서 제1 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 구간은 제1 컨버터(120)에 포함되는 트랜지스터들의 스위칭이 중단되는 구간에 상응한다. 다시 말하면, 제1 불연속 구간은 제1 컨버터(120)에 포함되는 트랜지스터들이 모두 턴-오프(turn-off) 상태인 구간에 대응할 수 있다.
즉, 제1 컨버터(120)는 제1 구동 방식에서 제1 인덕터 전류의 크기를 연속적으로 변화시키면서 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력하고, 제2 구동 방식에서 제1 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 구간을 포함하면서 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력할 수 있다. 따라서, 절전 모드에서 제1 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 구간의 추가로 인해 스위칭으로 인한 전력 소모가 저감될 수 있다.
제2 컨버터(140)는 절전 모드에서 제3 구동 방식으로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다. 제3 구동 방식은 제2 구동 방식보다 더 적은 턴-온 횟수로 제2 인덕터 전류(제2 컨버터(140) 내부의 전류)를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 컨버터(140)는 제2 PWM 신호에 기초하여 제2 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 제2 불연속 구간을 포함하는 제3 구동 방식으로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다. 제2 불연속 구간은 제2 컨버터(140)에 포함되는 트랜지스터들이 모두 턴-오프 상태인 구간에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제3 구동 방식은 펄스 스킵 모드(pulse skip mode; 이하, PSM) 방식일 수 있다.
또는, 제3 구동 방식은 펄스 주파수 변조(Pulse Frequency Modulation; 이하, PFM) 방식을 이용하여 주파수를 낮춰 트랜지스터들의 턴-온 횟수(스위칭 횟수)를 줄일 수도 있다. 예를 들어, 절전 모드에서 제2 컨버터(140)에 포함되는 트랜지스터들을 구동하는 신호의 주파수를 낮춰 트랜지스터들의 스위칭 횟수를 줄이고, 제2 전원 전압(ELVSS)의 절대값의 크기를 작게 할 수 있다.
여기서, 제2 불연속 구간은 제1 불연속 구간보다 길 수 있다. 따라서, 제3 구동 방식에서의 제2 컨버터(140)에 포함되는 트랜지스터들의 턴-온 횟수(스위칭 횟수)는 제2 구동 방식보다 훨씬 적다. 이에 따라, 절전 모드에서의 제2 컨버터(140)의 전력 소모 또한 줄어들 수 있다.
일 실시예에서, 일반 모드에서 제2 컨버터(140)는 표시 패널(300)의 로드의 크기(예를 들어, 발광 휘도)에 따라 제1 내지 제3 구동 방식들 중 하나를 선택하여 구동할 수 있다. 제2 컨버터(140)는 제1 내지 제3 구동 방식에 따라 제2 전원 전압(ELVSS)의 크기 또한 조절할 수 있다. 예를 들어, 제2 전원 전압(ELVSS)이 음극성 전압인 경우, 제3 구동 방식에 의한 제2 전원 전압(ELVSS)은 제1 구동 방식에 의한 제2 전원 전압(ELVSS)보다 클 수 있다. 따라서, 절전 모드에서의 제1 전원 전압(ELVDD)과 제2 전원 전압(ELVSS) 사이의 전위차가 일반 모드의 상기 전위차보다 작을 수 있다.
제3 컨버터(160)는 제2 컨버터(140)와 유사한 방식으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제3 컨버터(160)는 일반 모드에서 표시 패널(300)의 로드의 크기에 따라 제1 내지 제3 구동 방식들 중 하나를 선택하여 구동할 수 있다. 제3 컨버터(160)는 절전 모드에서 제3 구동 방식 또는 주파수를 낮추는 PFM 방식으로 소스 구동 전압(AVDD)을 출력할 수 있다.
표시 패널(300)은 영상을 표시한다. 표시 패널(300)은 제1 전원 전압(ELVDD), 제2 전원 전압(ELVSS), 데이터 신호 및 주사 신호 등을 수신하여 동작하는 복수의 화소(P)들을 포함할 수 있다. 일 실시예예서, 제2 전원 전압(ELVSS)은 제1 전원 전압(ELVDD)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 전원 전압(ELVDD)은 양의 전압이고, 제2 전원 전압(ELVSS)은 음의 전압일 수 있다.
데이터 구동부(500)는 표시 패널(300)에 데이터 신호를 공급할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치(1000) 및 이에 포함되는 DC-DC 컨버터(100)는 절전 모드에서 제1 내지 제3 컨버터들(120, 140, 160)에 포함되는 트랜지스터들의 스위칭 로스(switching loss)를 줄이는 구동 방식으로 구동됨으로써, 절전 모드에서의 전력 소모가 줄어들 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 DC-DC 컨버터를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, DC-DC 컨버터(100)는 제1 컨버터(120), 제2 컨버터(140) 및 모드 선택부(170)를 포함할 수 있다. 여기서, 도 1의 제3 컨버터(160)의 구성은 생략하고 설명하기로 한다.
DC-DC 컨버터(100)는 외부로부터 수신하는 제어 신호에 따라 일반적인 영상을 표시하는 일반 모드 및 표시할 수 있는 최대 휘도가 제한되는 절전 모드 중 하나로 동작할 수 있다.
제1 컨버터(120)는 입력 전원(VIN)의 전압 및 모드 제어 신호(PS_EN)에 기초하여 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력할 수 있다. 일반 모드에서, 제1 컨버터(120)는 복수의 트랜지스터들을 서로 교번하여 턴-온 시킴으로써 제1 인덕터 전류를 생성하는 제1 구동 방식으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 컨버터(120)는 제1 인덕터 전류가 제1 구동 주파수의 제1 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 기초하여 연속적으로 변화하는 제1 구동 방식으로 제1 전원 전압을 출력할 수 있다. 제1 인덕터 전류는 제1 컨버터(120)에 포함되어 제1 전원 전압(ELVDD)을 결정하기 위해 사용되는 인덕터를 통해 흐르는 전류이다. 일례로, 제1 구동 방식은 CCM 방식일 수 있다. 제1 컨버터는(120) 화소 발광에 큰 영향을 미치는 제1 전원 전압(ELVDD)의 출력 안정성을 위해 일반 모드에서 표시 패널의 로드에 관계없이 CCM 방식으로만 구동될 수 있다.
절전 모드에서, 제1 컨버터(120)는 제1 방식보다 적은 턴-온 횟수로 제1 인덕터 전류를 생성하는 제2 구동 방식으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 구동 방식은 제1 구동 주파수보다 낮은 제2 구동 주파수의 제1 PWM 신호에 기초하여 제1 인덕터 전류가 변화하지 않는 구간인 제1 불연속 구간을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 구동 방식은 DCM 방식일 수 있다.
제2 컨버터(140)는 입력 전원(VIN)의 전압 및 모드 제어 신호(PS_EN)에 기초하여 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다. 절전 모드에서, 제2 컨버터(140)는 제2 구동 방식보다 더 적은 턴-온 횟수로 제2 인덕터 전류를 생성하는 제3 구동 방식으로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 컨버터(140)는 제2 PWM 신호에 기초하여 제2 인덕터 전류가 변화하지 않는 제2 불연속 구간을 포함하는 제3 구동 방식으로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다. 제2 불연속 구간은 제1 불연속 구간보다 길다.
일례로, 제3 구동 방식은 PSM 방식 또는 PFM 방식으로 구현될 수 있다.
제2 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 구간(불연속 구간)이 길어짐에 따라 제2 인덕터 전류에 의한 제2 전원 전압(ELVSS)의 크기가 점진적으로 변화될 수 있다. 따라서, 일반 모드에서와 절전 모드에서의 제2 전원 전압(ELVSS)의 크기는 다를 수 있다.
일반 모드에서, 제2 컨버터(140)는 표시 패널의 로드의 크기에 따라 제1 구동 방식, 제2 구동 방식 및 제3 구동 방식 중 하나를 선택하여 구동할 수 있다. 예를 들어, 제1 구동 방식은 고휘도 발광 시(로드가 큰 경우)에 사용될 수 있다. 제2 구동 방식은 중휘도 발광 시에 사용되고, 제3 구동 방식은 저휘도 발광 시에 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 컨버터(120) 및/또는 제2 컨버터(140)의 일반 모드와 절전 모드에서의 구동 주파수가 동일할 수 있다. 여기서, 구동 주파수는 제1 컨버터(120) 및/또는 제2 컨버터(140)의 트랜지스터들의 게이트 전극들에 공급되는 제어 신호들의 주파수일 수 있다. 즉, 구동 주파수에 따라 트랜지스터들의 스위칭(턴-온) 및 인덕터 전류가 조절될 수 있다. 예를 들어, 일반 모드에서는 제1 컨버터(120)가 약 1.5MHZ의 CCM 방식으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력하며, 절전 모드에서는 제1 컨버터(120)가 약 1.5MHz의 DCM 방식으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력할 수 있다. 즉, 동일한 주파수의 한 주기 내에서, DCM 방식이 CCM 방식보다 트랜지스터들이 동시에 턴-오프 상태를 갖는 구간의 길이가 길기 때문에, 출력되는 전압의 크기가 작고, 전력 소모가 일반 모드보다 더 작다.
일 실시예에서, 일반 모드에서의 구동 주파수보다 절전 모드에서의 구동 주파수가 더 작을 수 있다. 예를 들어, 일반 모드에서는 제1 컨버터(120)가 약 1.5MHZ의 CCM 방식으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력하며, 절전 모드에서는 제1 컨버터(120)가 약 500KHz의 DCM 방식으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력할 수 있다. 이 경우, 동일한 구동 주파수로 구동할 때보다 트랜지스터들이 동시에 턴-오프 상태를 갖는 구간이 더 길어지기 때문에, 전력 소모가 더 작아질 수 있다.
일 실시예에서, 절전 모드에서의 구동 주파수는 표시 패널의 로드의 크기가 작아짐에 따라 기 설정된 값으로 작아질 수 있다. 예를 들어, 표시 패널의 로드의 크기가 작아짐에 따라 구동 주파수는 약 500KHZ, 400KHz, 300KHz, 200KHz, 100KHz의 순으로 선택될 수 있다.
DC-DC 컨버터(100)가 직접 절전 모드에서의 제2 전원 전압(ELVSS)을 조절하므로, 제2 전원 전압의 설정이 비교적 자유롭다. 따라서, 주변 조도가 밝은 외부 환경에서 기존보다 더 높은 수준의 절전 모드의 휘도를 구현할 수 있다. 즉, DC-DC 컨버터(100)의 구동 방식 및/또는 제2 전원 전압(ELVSS)의 크기 조절이 비교적 용이하므로, 절전 모드에서의 최대 휘도가 유연하게 제어될 수 있다.
모드 선택부(170)는 외부의 커맨드(CMD)에 기초하여 제1 및 제2 컨버터들(120, 140)이 일반 모드 또는 절전 모드에 따라 구동하도록 모드 제어 신호(PS_EN)를 제1 및 제2 컨버터들(120, 140)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 모드 제어 신호(PS_EN)가 인에이블되는 구간은 절전 모드에 대응하고, 디스에이블되는 구간은 일반 모드에 대응할 수 있다. 모드 제어 신호(PS_EN)에 따라 제1 내지 제3 구동 방식 중 하나가 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 모드 선택부(170)는 표시 패널의 로드를 검출하는 로드 검출부를 포함할 수도 있다. 이에 따라, 일반 모드에서 표시 패널의 로드에 따라 구동 방식이 다르게 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 절전 모드에서 DC-DC 컨버터(100)에 포함되는 일부 구성 요소들의 동작이 전체적으로 또는 부분적으로 셧다운될 수 있다. 예를 들어, 제1 컨버터(120) 및/또는 제2 컨버터(140)에 포함되는 전류 센싱 블록, 입출력 전압 검출/안정화 블록, PWM/세그먼트 비교 블록 등이 전체적 혹은 부분적으로 셧다운될 수 있다. 이에 따라, 절전 모드에서 사용되지 않는 각종 기능 블록들에 대한 전력 공급이 차단됨으로써 불필요한 전력 소모가 줄어들 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 DC-DC 컨버터(100)는 구동 모드 및 표시 패널의 로드에 따라 제1 컨버터(120)와 제2 컨버터(140)의 구동 방식을 적응적으로 선택함으로써 소비 전력을 절감할 수 있다.
도 3은 도 2의 DC-DC 컨버터에 포함되는 제1 컨버터의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 제1 컨버터에 포함되는 트랜지스터들의 크기의 일 예를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 컨버터(120)는 스위치부 및 제1 스위칭 제어부(125)를 포함할 수 있다. 스위치부는 제1 인덕터(L1), 제1 트랜지스터(M1), 제1 절전 트랜지스터(PSM1), 제2 트랜지스터(M2), 제2 절전 트랜지스터(PSM2)를 포함할 수 있다.
제1 컨버터(120)는 모드 제어 신호(PS_EN)에 기초하여 입력 전원(VIN)을 변환하여 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력할 수 있다. 일례로, 제1 컨버터(120)는 부스트 컨버터를 포함할 수 있다.
제1 인덕터(L1)는 입력 전원(VIN)의 전압이 인가되는 입력단 및 제1 노드(N1) 사이에 연결될 수 있다. 제1 인덕터(L1)를 통해 흐르는 제1 인턱터 전류에 기초하여 제1 전원 전압(ELVDD)이 제어될 수 있다.
제1 트랜지스터(M1)는 제1 노드(N1)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 제1 트랜지스터(M1)는 제1 스위칭 제어부(125)로부터 제1 제어 신호(G1)를 인가받아 턴-온되고, 제1 인덕터(L1)에 전류가 흐르도록 제어할 수 있다.
제1 절전 트랜지스터(PSM1)는 제1 트랜지스터(M1)와 병렬로 연결될 수 있다. 제1 절전 트랜지스터(PSM1)는 제1 스위칭 제어부(125)로부터 제1 절전 제어 신호(G11)를 인가받아 턴-온되고, 제1 인덕터(L1)에 전류가 흐르도록 제어할 수 있다. 제1 절전 트랜지스터(PSM1)는 실질적으로 제1 트랜지스터(M1)와 동일한 동작을 수행할 수 있다.
제1 절전 트랜지스터(PSM1)는 제1 트랜지스터(M1)보다 작은 크기를 가질 수 있다. 이 경우, 제1 절전 트랜지스터(PSM1) 허용 전류량이 제1 절전 트랜지스터(PSM1)보다 작을 수 있다.
제2 트랜지스터(M2)는 제1 노드(N1)와 제1 전원 전압(ELVDD)이 출력되는 제1 출력단 사이에 연결될 수 있다. 일반 모드에서, 제2 트랜지스터(M2)는 제1 트랜지스터(M1)와 교번하여 턴-온 될 수 있다. 따라서, 제1 트랜지스터(M1)가 턴-온 되어 제1 인덕터(L1)에 기전력이 발생된 이후, 제2 트랜지스터(M2)가 턴-온 됨으로써 제1 노드의 전압(V1)을 제1 전원 전압(ELVDD)으로 변환할 수 있다. 제2 트랜지스터(M2)는 제1 스위칭 제어부(125)로부터 제2 제어 신호(G2)를 인가받아 턴-온 될 수 있다.
제2 절전 트랜지스터(PSM2)는 제2 트랜지스터(M2)와 병렬로 연결될 수 있다. 제2 절전 트랜지스터(PSM2)는 제1 스위칭 제어부(125)로부터 제2 절전 제어 신호(G22)를 인가받아 턴-온 될 수 있다. 제2 절전 트랜지스터(PSM2)는 제1 절전 트랜지스터(PSM1)와 교번하여 턴-온 될 수 있다. 제2 절전 트랜지스터(PSM2)는 실질적으로 제2 트랜지스터와(M2) 동일한 동작을 수행할 수 있다.
제2 절전 트랜지스터(PSM2)는 제2 트랜지스터(M2)보다 작은 크기를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제1 및 제2 트랜지스터들(M1, M2)은 일반 모드에서만 동작(스위칭 동작)하고, 제1 및 제2 절전 트랜지스터들(PSM1, PSM2)은 절전 모드에서만 동작할 수 있다. 예를 들어, 절전 모드에서, 제1 및 제2 트랜지스터들(M1, M2)은 제1 및 제2 제어 신호들(G1, G2)에 의해 턴-오프 상태를 유지할 수 있다. 또한, 일반 모드에서, 제1 및 제2 절전 트랜지스터들(PSM1, PSM2)은 제1 및 제2 절전 제어 신호들(G11, G22)에 의해 턴-오프 상태를 유지할 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 및 제2 트랜지스터들(M1, M2)은 일반 모드에서만 동작하고, 제1 및 제2 절전 트랜지스터들(PSM1, PSM2)은 일반 모드 및 절전 모드 모두에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 트랜지스터(M1)는 제1 제어 신호(G1)에 의해 절전 모드에서 턴-오프 상태를 유지하고, 제1 절전 트랜지스터(PSM1)는 제1 절전 제어 신호(G11)에 응답하여 일반 모드 및 절전 모드 모두에서 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 또한, 제2 트랜지스터(M2)는 제2 제어 신호(G2)에 의해 절전 모드에서 턴-오프 상태를 유지하고, 제2 절전 트랜지스터(PSM2)는 제2 절전 제어 신호(G22)에 응답하여 일반 모드 및 절전 모드 모두에서 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
트랜지스터의 스위칭 시에 트랜지스터의 전극들 사이의 기생캡(parasitic capacitance)에 의한 전력 손실이 발생된다. 이러한 기생캡은 트랜지스터의 사이즈가 커질수록 증가하고, 기생캡 증가에 따라 전력 손실량 또한 커질 수 있다. 따라서, 전력 세이브를 위한 절전 모드에서는 사이즈가 작은 제1 및 제2 절전 트랜지스터들(PSM1, PSM2)만을 스위칭하여 전력 소모를 줄일 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 절전 트랜지스터(PSM1)는 제1 트랜지스터(M1)보다 작은 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 절전 트랜지스터(PSM1)의 채널 폭 및/또는 채널 길이가 제1 트랜지스터(M1)보다 작을 수 있다. 또한, 제1 트랜지스터(M1) 및 제1 절전 트랜지스터(PSM1)는 엔모스(n-channel metal oxide semiconductor; NMOS) 트랜지스터일 수 있다.
제2 절전 트랜지스터(PSM2)는 제2 트랜지스터(M2)보다 작은 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 절전 트랜지스터(PSM2)의 채널 폭 및/또는 채널 길이는 제2 트랜지스터(M2)의 채널 폭 및/또는 채널 길이보다 작을 수 있다. 또한, 제2 트랜지스터(M2) 및 제2 절전 트랜지스터(PSM2)는 피모스(p-channel metal oxide semiconductor; PMOS) 트랜지스터일 수 있다.
일례로, 제1 및 제2 트랜지스터들(M1, M2)은 약 750nit 내지 800nit의 휘도까지 커버하도록 약 600mA 이상의 전류를 허용하지만, 제1 제1 및 제2 트랜지스터들(M1, M2) 약 100nit 이하의 휘도만을 커버할 수 있다.
일 실시예에서, 일반 모드에서는 제1 컨버터(120)가 제1 및 제2 트랜지스터들(M1, M2)을 이용한 CCM 방식(제1 구동 방식)으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력하고, 절전 모드에서는 제1 컨버터(120)가 제1 및 제2 절전 트랜지스터들(PSM1, PSM2)을 이용한 DCM 방식(제2 구동 방식)으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력할 수 있다.
제1 스위칭 제어부(125)는 제1 트랜지스터(M1), 제2 트랜지스터(M2), 제1 절전 트랜지스터(PSM1) 및 제2 절전 트랜지스터(PSM2)의 온-오프를 제어할 수 있다. 제1 및 제2 트랜지스터들(M1, M2)은 제1 스위칭 제어부(125)의 제어에 의해 교번하여 온-오프될 수 있다. 제1 및 제2 절전 트랜지스터들(PSM1, PSM2)은 제1 스위칭 제어부(125)의 제어에 의해 교번하여 온-오프될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 스위칭 제어부(125)는 일반 모드 및 절전 모드에서의 구동 주파수를 서로 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위칭 제어부(125)는 일반 모드에서는 약 1.5MHz의 구동 주파수로, 절전 모드에서는 약 500KHz의 구동 주파수로 트랜지스터들(M1, M2, PSM1, PSM2)을 제어할 수 있다.
일례로, 제1 스위칭 제어부(125)는 각각의 제어 신호들(G1, G11, G2, G22)의 구동 주파수의 제어를 위해 소정의 주파수를 갖는 PWM 신호를 생성할 수 있다. PWM 신호는 구형파 신호에 해당될 수 있다. 상기 PWM 신호의 생성과 구동 주파수를 조절하는 방식은 공지된 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 절전 모드에서의 제1 구동 주파수는 표시 패널의 로드의 크기가 작아짐에 따라 기 설정된 값으로 작아질 수 있다. 따라서, 표시 패널의 로드가 작아질수록 제1 및 제2 절전 트랜지스터들(PSM1, PSM2)의 스위칭 횟수가 줄어들 수 있다. 따라서, 트랜지스터 스위칭에 의한 전력 손실이 개선될 수 있다.
도 5는 도 2의 DC-DC 컨버터에 포함되는 제2 컨버터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 제2 컨버터(140)는 스위치부 및 제2 스위칭 제어부(145)를 포함할 수 있다. 스위치부는 제2 인덕터(L2), 제3 트랜지스터(M3), 제3 절전 트랜지스터(PSM3), 제4 트랜지스터(M4), 제4 절전 트랜지스터(PSM4)를 포함할 수 있다.
제2 컨버터(140)는 모드 제어 신호(PS_EN)에 기초하여 입력 전원(VIN)을 변환하여 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력할 수 있다. 일례로, 제2 컨버터(140)는 인버팅 벅 부스트 컨버터를 포함할 수 있다.
제2 인덕터(L2)는 제2 노드(N2)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 제2 인덕터(L2)에 흐르는 제2 인덕터 전류에 기초하여 제2 전원 전압(ELVSS)이 제어될 수 있다.
제3 트랜지스터(M3)는 입력 전원(VIN)과 제2 노드(N2) 사이에 연결될 수 있다. 제3 트랜지스터(M3)는 제2 스위칭 제어부(145)로부터 제3 제어 신호(G3)를 인가받아 턴-온되고, 제2 인덕터(L2)에 전류가 흐르도록 제어할 수 있다.
제3 절전 트랜지스터(PSM3)는 제3 트랜지스터(M3)와 병렬로 연결될 수 있다. 제3 절전 트랜지스터(PSM3)는 제2 스위칭 제어부(145)로부터 제3 절전 제어 신호(G33)를 인가받아 턴-온되고, 제2 인덕터(L2)에 전류가 흐르도록 제어할 수 있다. 제3 절전 트랜지스터(PSM3)는 실질적으로 제3 트랜지스터와(M3) 동일한 동작을 수행할 수 있다.
제3 절전 트랜지스터(PSM3)는 제3 트랜지스터(M3)보다 작은 크기를 가질 수 있다. 이 경우, 제3 절전 트랜지스터(PSM3) 허용 전류량이 제3 절전 트랜지스터(PSM3)보다 작을 수 있다.
제4 트랜지스터(M4)는 제2 노드(N2) 및 제2 출력단 사이에 연결될 수 있다. 제4 트랜지스터(M4)는 제2 스위칭 제어부(145)로부터 공급되는 제4 제어 신호(G4)에 응답하여 제3 트랜지스터(M3)와 교번하여 턴-온 될 수 있다. 따라서, 제3 트랜지스터(M3)가 턴-온 되어 제2 인덕터(L2)에 기전력이 발생된 이후, 제4 트랜지스터(M4)가 턴-온 됨으로써 입력 전원(VIN)을 제2 전원 전압(ELVSS)으로 변환하고, 제2 출력단으로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다. 이 때, 제2 노드(N2)는 제3 트랜지스터(M3), 제4 트랜지스터(M4) 및 제2 인덕터(L2)의 공통 노드로 정의될 수 있다.
제4 절전 트랜지스터(PSM4)는 제4 트랜지스터(M4)와 병렬로 연결될 수 있다. 제4 절전 트랜지스터(PSM4)는 제2 스위칭 제어부(145)로부터 제4 절전 제어 신호(G44)를 인가받아 턴-온 될 수 있다. 제4 절전 트랜지스터(PSM4)는 제1 절전 트랜지스터(PSM4)와 교번하여 턴-온 될 수 있다. 제4 절전 트랜지스터(PSM4)는 실질적으로 제4 트랜지스터와(M4) 동일한 동작을 수행할 수 있다.
제4 절전 트랜지스터(PSM4)는 제4 트랜지스터(M4)보다 작은 크기를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제3 및 제3 트랜지스터들(M3, M4)은 일반 모드에서만 동작(스위칭 동작)하고, 제3 및 제4 절전 트랜지스터들(PSM3, PSM4)은 절전 모드에서만 동작할 수 있다. 예를 들어, 절전 모드에서, 제3 및 제4 트랜지스터들(M3, M4)은 제3 및 제4 제어 신호들(G3, G4)에 의해 턴-오프 상태를 유지할 수 있다. 또한, 일반 모드에서, 제3 및 제4 절전 트랜지스터들(PSM3, PSM4)은 제3 및 제4 절전 제어 신호들(G33, G44)에 의해 턴-오프 상태를 유지할 수 있다.
다른 실시예에서, 제3 및 제4 트랜지스터들(M3, M4)은 일반 모드에서만 동작하고, 제3 및 제4 절전 트랜지스터들(PSM3, PSM4)은 일반 모드 및 절전 모드 모두에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 제3 트랜지스터(M3)는 제3 제어 신호(G3)에 의해 절전 모드에서 턴-오프 상태를 유지하고, 제3 절전 트랜지스터(PSM3)는 제3 절전 제어 신호(G33)에 응답하여 일반 모드 및 절전 모드 모두에서 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 또한, 제4 트랜지스터(M4)는 제4 제어 신호(G4)에 의해 절전 모드에서 턴-오프 상태를 유지하고, 제4 절전 트랜지스터(PSM4)는 제4 절전 제어 신호(G44)에 응답하여 일반 모드 및 절전 모드 모두에서 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 일반 모드에서는 제2 컨버터(140)가 제3 및 제4 트랜지스터들(M3, M4)을 이용한 제1 구동 방식 내지 제3 구동 방식 중 하나를 선택하여 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력하고, 절전 모드에서는 제2 컨버터(140)가 제3 및 제4 절전 트랜지스터들(PSM3, PSM4)을 이용한 제3 구동 방식으로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다. 여기서, 제1 구동 방식은 CCM 방식이고, 제2 구동 방식은 DCM 방식일 수 있다. 제3 구동 방식은 PSM 방식이거나, PFM 방식일 수 있다.
일반 모드에서의 제2 컨버터(140)의 구동 방식은 표시 패널의 로드에 따라 선택적으로 사용될 수 있다. 표시 패널의 로드가 큰 고휘도 구동의 경우, 제2 컨버터(140)는 제1 구동 방식(예를 들어, CCM 방식)으로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다. 표시 패널의 로드가 기 설정된 기준 로드보다 작은 중휘도 구동의 경우, 제2 컨버터(140)는 제2 구동 방식(예를 들어, DCM 구동 방식)으로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다. 표시 패널의 로드가 이보다 작은 저휘도 구동의 경우, 제2 컨버터(140)는 제3 구동 방식(예를 들어, CCM 구동 방식)으로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다.
제2 스위칭 제어부(145)는 제3 트랜지스터(M3), 제4 트랜지스터(M4), 제3 절전 트랜지스터(PSM3) 및 제4 절전 트랜지스터(PSM4)의 온-오프를 제어할 수 있다. 제3 및 제4 트랜지스터들(M3, M4)은 제2 스위칭 제어부(145)의 제어에 의해 교번하여 온-오프될 수 있다. 제3 및 제4 절전 트랜지스터들(PSM3, PSM4)은 제2 스위칭 제어부(145)의 제어에 의해 교번하여 온-오프될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 스위칭 제어부(145)는 일반 모드 및 절전 모드에서의 구동 주파수를 서로 다르게 설정할 수 있다. 또한, 절전 모드에서의 제1 구동 주파수는 표시 패널의 로드의 크기가 작아짐에 따라 기 설정된 값으로 작아질 수 있다. 제2 스위칭 제어부(145)에 의해 절전 모드에서의 트랜지스터들(M3, M4, PSM3, PSM4)의 스위칭 횟수(턴-온 횟수)가 감소함으로써, 트랜지스터 스위칭에 의한 전력 손실이 개선될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 도 2의 DC-DC 컨버터가 인덕터 전류를 생성하는 구동 방식들의 일 예들을 나타내는 도면이다.
도 2, 도 3, 및 도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 제1 컨버터(120)는 일반 모드에서 제1 구동 방식으로 동작하고, 절전 모드에서 제2 구동 방식으로 동작하며, 제2 컨버터(140)는 일반 모드에서 제1 내지 제3 구동 방식들 중 하나로 동작하고, 절전 모드에서 제3 구동 방식으로 동작할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c에서는, 도 3의 제1 컨버터(120)가 제1 내지 제3 구동 방식으로 동작하는 실시예로 설명하기로 한다. 제2 컨버터(120)는 이와 실질적으로 동일한 스위칭 동작으로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다.
제1 구동 방식은 제1 및 제2 트랜지스터들(M1, M2)을 서로 교번하여 턴-온시킴으로써 제1 인덕터 전류(IL)를 생성할 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 트랜지스터들(M1, M2)은 소정의 스위칭 주기(T)로 온-오프를 반복할 수 있다. 예를 들어, 제1 주기(T1) 제1 트랜지스터(M1)의 턴-온 상태와 제2 트랜지스터(M2)의 턴-온 상태가 중첩되지 않는다.
제1 트랜지스터(M1)가 턴-온 되면(t1), 제1 노드의 전압(V1)이 그라운드 레벨을 가지고, 입력단의 전압과 제1 노드의 전압(V1) 차이에 의해 제1 인덕터 전류(IL)의 크기가 증가할 수 있다.
제1 트랜지스터(M1)가 턴-오프되고 제2 트랜지스터(M2)가 터-온되면(t2), 제1 노드의 전압(V1)이 상승하여 제1 전원 전압 레벨(ELVDD)을 가지고, 입력단의 전압과 제1 노드의 전압(V1) 차이에 의해 제1 인덕터 전류(IL)의 크기가 감소할 수 있다.
이와 같은 스위칭 주기(T)가 반복되고, 제1 인덕터 전류(IL)의 크기는 연속적으로 변할 수 있다. 일례로, 제1 구동 방식은 CCM 구동 방식일 수 있다. 제1 구동 방식은 출력 리플(ripple)을 최소화하므로 높은 출력 안정성을 갖는다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 제2 구동 방식은 하나의 스위칭 주기(T)에 제1 및 제2 트랜지스터들(T1, T2)이 동시에 턴-오프되는 구간(이하, 제1 불연속 구간, t3)을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 노드 전압(V1)은 입력 전원의 전압(VIN)을 유지할 수 있다. 제1 인덕터(L1)의 일 단이 개방되므로, 전류는 그라운드 레벨을 유지하고, 제1 불연속 구간(t3)동안 제1 인덕터 전류(IL)는 변화하지 않는다. 또한, 제1 인덕터 전류(IL)의 진폭이 제1 구동 방식보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제2 구동 방식에서의 제1 인덕터 전류(IL)의 피크 값은 제1 구동 방식에서의 제1 인덕터 전류(IL)의 피크 값보다 작을 수 있다. 일례로, 제1 구동 방식은 DCM 구동 방식일 수 있다.
제1 인버터(120)는 표시 패널의 로드에 따라 제2 구동 방식에서의 구동 주파수를 조절할 수 있다. 동일한 시간을 기준으로, 구동 주파수의 크기가 작아짐에 따라 제1 및 제2 트랜지스터들(M1, M2)의 스위칭 횟수(턴-온 횟수)가 줄어들 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 트랜지스터들(M1, M2)의 스위칭 횟수에 따른 기생캡에 의한 전력 손실이 개선될 수 있다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 제3 구동 방식은 하나의 스위칭 주기에 제1 및 제2 트랜지스터들(T1, T2)이 동시에 턴-오프되는 제2 불연속 구간(t4)을 포함할 수 있다. 제2 불연속 구간(t4)의 길이는 제1 불연속 구간(t3)보다 길 수 있다. 일 실시예에서, 제3 구동 방식은 일부 스위칭 주기를 스킵할 수도 있다. 이 경우, 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)의 스위칭이 스킵되고, 제1 인덕터 전류(IL) 또한 흐르지 않을 수 있다. 이에 따라, 제1 인덕터 전류(IL)의 진폭 또한 제2 구동 방식보다 작을 수 있다. 일례로, 제3 구동 방식은 PSM 구동 방식일 수 있다.
동일한 시간을 기준으로, 제3 구동 방식은 소정의 구간에서 제1 및 제2 트랜지스터들(M1, M2)의 스위칭 동작을 스킵하므로, 전체 스위칭 횟수(턴-온 횟수)가 줄어들 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 트랜지스터들(M1, M2)의 스위칭 횟수에 따른 기생캡에 의한 전력 손실이 개선될 수 있다.
제2 컨버터(140)의 동작은 상술한 동작들과 실질적으로 동일하므로, 이에 중복되는 설명은 생략한다.
도 7은 도 2의 DC-DC 컨버터에 포함되는 제1 컨버터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7에서는 도 3을 참조하여 설명한 구성 요소들에 대해 동일한 참조 부호들을 사용하며, 이러한 구성 요소들에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 도 7의 제1 컨버터(120A)는 제1 내지 제4 스위치들(S1 내지 S4)을 제외하면, 도 3의 제1 컨버터와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다.
도 3 및 도 7을 참조하면, 제1 컨버터(120A)는 제1 인덕터(L1), 제1 트랜지스터(M1), 제1 절전 트랜지스터(PSM1), 제2 트랜지스터(M2), 제2 절전 트랜지스터(PSM2), 제1 내지 제4 스위치들(S1, S2, S3, S4) 및 제1 스위칭 제어부(125A)를 포함할 수 있다.
제2 인덕터(L2)는 입력 전원(VIN)의 전압이 인가되는 입력단 및 제1 노드(N1) 사이에 연결될 수 있다. 제1 트랜지스터(M1)는 제1 노드(N1)와 접지 사이에 연결될 수 있다. 제1 절전 트랜지스터(PSM1)는 제1 트랜지스터(M1)와 병렬로 연결될 수 있다. 제2 트랜지스터(M2)는 제1 노드(N1)와 제1 전원 전압(ELVDD)이 출력되는 제1 출력단 사이에 연결될 수 있다. 제2 절전 트랜지스터(PSM2)는 제2 트랜지스터(M2)와 병렬로 연결될 수 있다.
제1 절전 트랜지스터(PSM1)의 크기는 제1 트랜지스터(M1)보다 작고, 제2 절전 트랜지스터(PSM2)의 크기는 제2 트랜지스터(M2)보다 작을 수 있다.
제1 스위치(S1)는 제1 트랜지스터(M1)의 게이트 전극과 제1 절전 트랜지스터(PSM1)의 게이트 전극 사이에 연결될 수 있다. 제1 스위치(S1)는 제1 스위칭 제어부(125A)로부터 공급되는 제어 신호에 응답하여 일반 모드에서 턴 온 될 수 있다. 제1 스위치(S1)는 절전 모드에서 턴-오프 상태를 갖는다. 이에 따라, 일반 모드에서 제1 트랜지스터(M1)와 제1 절전 트랜지스터(PSM1)가 모두 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
제2 스위치(S2)는 제1 절전 트랜지스터(PSM1)의 게이트 전극과 제1 스위칭 제어부(125A) 사이에 연결될 수 있다. 제2 스위치(S2)는 절전 모드에서 턴 온 될 수 있다. 제1 스위치(S1)는 절전 모드에서 턴-오프 상태를 갖는다. 이에 따라, 절전 모드에서 제1 트랜지스터(M1)가 턴-오프 상태를 가지며, 제1 절전 트랜지스터(PSM1)만이 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 일반 모드에서 제2 스위치(S2)는 턴-오프 상태를 갖는다.
제3 스위치(S3)는 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전극과 제2 절전 트랜지스터(PSM2)의 게이트 전극 사이에 연결될 수 있다. 제3 스위치(S3)는 제1 스위칭 제어부(125A)로부터 공급되는 제어 신호에 응답하여 일반 모드에서 턴 온 될 수 있다. 제3 스위치(S3)는 절전 모드에서 턴-오프 상태를 갖는다. 이에 따라, 일반 모드에서 제2 트랜지스터(M2)와 제2 절전 트랜지스터(PSM2)가 모두 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
제4 스위치(S4)는 제2 절전 트랜지스터(PSM2)의 게이트 전극과 제1 스위칭 제어부(125A) 사이에 연결될 수 있다. 제4 스위치(S4)는 절전 모드에서 턴 온 될 수 있다. 제3 스위치(S3)는 절전 모드에서 턴-오프 상태를 갖는다. 이에 따라, 절전 모드에서 제2 트랜지스터(M2)가 턴-오프 상태를 가지며, 제2 절전 트랜지스터(PSM2)만이 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 일반 모드에서 제4 스위치(S4)는 턴-오프 상태를 갖는다.
일 실시예에서, 절전 모드에서 제1 스위칭 제어부(125A)는 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)로 제어 신호를 공급하지 않는다.
이와 같이, 절전 모드에서 사이즈가 작은 제1 및 제2 절전 트랜지스터들(PSM1, PSM2)에 의해 제1 전원 전압(ELVDD)이 출력됨으로써 트랜지스터의 스위칭에 따른 기생캡에 의한 전력 소모가 줄어들 수 있다.
도 8은 도 2의 DC-DC 컨버터에 포함되는 제2 컨버터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8에서는 도 5를 참조하여 설명한 구성 요소들에 대해 동일한 참조 부호들을 사용하며, 이러한 구성 요소들에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 도 8의 제2 컨버터(140A)는 제5 내지 제8 스위치들(S5 내지 S8)을 제외하면, 도 5의 제2 컨버터와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다.
도 5 및 도 8을 참조하면, 제2 컨버터(140A)는 제2 인덕터(L2), 제3 트랜지스터(M3), 제3 절전 트랜지스터(PSM3), 제4 트랜지스터(M4), 제4 절전 트랜지스터(PSM4), 제5 내지 제8 스위치들(S5, S6, S7, S8) 및 제2 스위칭 제어부(145A)를 포함할 수 있다.
제3 절전 트랜지스터(PSM3)의 크기는 제3 트랜지스터(M3)보다 작고, 제3 절전 트랜지스터(PSM3)의 크기는 제4 트랜지스터(M4)보다 작을 수 있다.
제5 스위치(S5)는 제3 트랜지스터(M3)의 게이트 전극과 제3 절전 트랜지스터(PSM3)의 게이트 전극 사이에 연결될 수 있다. 제5 스위치(S5)는 제2 스위칭 제어부(145A)로부터 공급되는 제어 신호에 응답하여 일반 모드에서 턴 온 될 수 있다. 제5 스위치(S5)는 절전 모드에서 턴-오프 상태를 갖는다. 이에 따라, 일반 모드에서 제3 트랜지스터(M3)와 제3 절전 트랜지스터(PSM3)가 모두 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
제6 스위치(S6)는 제3 절전 트랜지스터(PSM3)의 게이트 전극과 제2 스위칭 제어부(145A) 사이에 연결될 수 있다. 제6 스위치(S6)는 절전 모드에서 턴 온 될 수 있다. 제5 스위치(S5)은 절전 모드에서 턴-오프 상태를 갖는다. 이에 따라, 절전 모드에서 제3 트랜지스터(M3)가 턴-오프 상태를 가지며, 제3 절전 트랜지스터(PSM3)만이 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 일반 모드에서 제6 스위치(S6)는 턴-오프 상태를 갖는다.
제7 스위치(S7)는 제4 트랜지스터(M4)의 게이트 전극과 제4 절전 트랜지스터(PSM4)의 게이트 전극 사이에 연결될 수 있다. 제7 스위치(S7)는 일반 모드에서 턴 온 될 수 있다. 제7 스위치(S7)는 절전 모드에서 턴-오프 상태를 갖는다. 이에 따라, 일반 모드에서 제4 트랜지스터(M4)와 제4 절전 트랜지스터(PSM4)가 모두 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
제8 스위치(S8)는 제4 절전 트랜지스터(PSM4)의 게이트 전극과 제2 스위칭 제어부(145A) 사이에 연결될 수 있다. 제8 스위치(S8)는 절전 모드에서 턴 온 될 수 있다. 이에 따라, 절전 모드에서 제4 트랜지스터(M4)가 턴-오프 상태를 가지며, 제4 절전 트랜지스터(PSM4)만이 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 절전 모드에서 제2 스위칭 제어부(145A)는 제3 트랜지스터(M3) 및 제4 트랜지스터(M3)로 제어 신호를 공급하지 않는다.
이와 같이, 절전 모드에서 사이즈가 작은 제3 및 제4 절전 트랜지스터들(PSM3, PSM4)에 의해 전압 크기가 조절된 제2 전원 전압(ELVSS)이 출력되고, 트랜지스터의 스위칭에 따른 기생캡에 의한 전력 소모가 줄어들 수 있다.
도 9는 도 2의 DC-DC 컨버터의 동작의 일 예를 나타내는 파형도이다.
도 2 및 도 9를 참조하면, DC-DC 컨버터(100)는 모드 제어 신호(PS_EN)의 인에이블 구간에 절전 모드로 동작하고, 모드 제어 신호(PS_EN)의 디스에이블 구간에 일반 모드로 동작할 수 있다.
일반 모드에서 표시 장치는 일반적인 영상을 표시하고, 절전 모드에서 표시 장치는 AOD 영상, 예를 들어, 시계 등의 이미지를 표시할 수 있다.
일 실시예에서, 모드 제어 신호(PS_EN)는 수직 블랭크 구간(VBLNK)에서 트랜지션할 수 있다. 또한, 모드 제어 신호(PS_EN)의 인에이블 구간은 절전 모드에 대응할 수 있다. 일 실시예에서, 모드 제어 신호(PS_EN)의 디스에이블 구간은 일반 모드에 대응할 수 있다. 수직 블랭크 구간(VBLNK)은 블랙 구간이며, 수직 동기 신호(Vsync)와 중첩할 수 있다.
제1 및 제2 컨버터들(120, 140)은 수직 블랭크 구간(VBLNK)에서 구동 방식을 변환할 수 있다. 예를 들어, 일반 모드로부터 절전 모드로 변환될 때, 제1 컨버터(120)의 구동 방식은 제1 구동 방식으로부터 제2 구동 방식으로 전환되고, 제2 컨버터(140)의 구동 방식은 제1 또는 제2 구동 방식으로부터 제3 구동 방식으로 전환될 수 있다. 마찬가지로, 절전 모드로부터 일반 모드로 변환될 때, 제1 컨버터(120)의 구동 방식은 제2 구동 방식으로부터 제1 구동 방식으로 전환되고, 제2 컨버터(140)의 구동 방식은 제3 구동 방식으로부터 제1 또는 제2 구동 방식으로 전환될 수 있다. 일 실시예에서, 이와 같은 제1 및 제2 컨버터들(120, 140)의 구동 방식의 전환은 모드 제어 신호(PS_EN)에 동기하여 수행될 수 있다. 또한, 수직 블랭크 구간(VBLNK)에서 제2 전원 전압(ELVSS)의 크기 또한 변할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 전원 전압(ELVSS)은 모드 제어 신호(PS_EN)에 동기하여 변할 수 있다.
따라서, 수직 블랭크 구간(VBLNK)에서 제2 전원 전압(ELVSS)의 크기 및 구동 방식이 함께 변경될 수 있다. 절전 모드에서의 제2 전원 전압(ELVSS)의 크기가 일반 모드에서의 제2 전원 전압의 크기보다 클 수 있다.
이에 따라, 별도의 영상 프레임을 차지하는 블랙 영상 구간 없이 모드 변환 및 구동 방식의 빠른 변환이 가능할 수 있다.
도 10은 도2 의 DC-DC 컨버터의 동작의 다른 일 예를 나타내는 파형도이다.
도 10에서는 도 9를 참조하여 설명한 구성 요소들에 대해 동일한 참조 부호들을 사용하며, 이러한 구성 요소들에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2 및 도 10을 참조하면, 모드 제어 신호(PS_EN)의 인에이블 구간은 절전 모드에 대응하고, 모드 제어 신호(PS_EN)의 디스에이블 구간은 일반 모드에 대응할 수 있다.
제1 및 제2 컨버터들(120, 140)의 구동 방식의 전환은 모드 제어 신호(PS_EN)에 동기하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 모드 제어 신호(PS_EN)가 비활성화 레벨로부터 활성화 레벨로 변할 때, 제2 컨버터(140)의 구동은 PSM 방식으로 전환될 수 있다. 모드 제어 신호(PS_EN)가 활성화 레벨로부터 비활성화 레벨로 변할 때, 제2 컨버터(140)의 구동은 DCM 또는 CCM 방식으로 전환될 수 있다.
일반 모드로부터 절전 모드로 전환되는 경우, 제1 및 제2 컨버터들(120, 140)의 구동 방식의 전환 전에 복수의 수직 블랭크 구간(VBLNK)들에 걸쳐 제2 전원 전압의 크기가 절전 모드 목표 레벨로 단계적으로 변화할 수 있다. 도 10에서, 절전 모드 목표 레벨은 약 -2.5V일 수 있다. 즉, 절전 모드 진입 전에 제2 전원 전압(ELVSS) 및 표시 패널의 휘도가 점진적으로 부드럽게 변할 수 있다.
이와 마찬가지로, 절전 모드로부터 일반 모드로 전환되는 경우, 제1 및 제2 컨버터들(120, 140)의 구동 방식의 전환 후에 복수의 수직 블랭크 구간(VBLNK)들에 걸쳐 제2 전원 전압의 크기가 일반 모드 목표 레벨로 단계적으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 일반 모드 목표 레벨은 약 -4.2V일 수 있다. 즉, 일반 모드 진입 전에 제2 전원 전압(ELVSS) 및 표시 패널의 휘도가 점진적으로 부드럽게 변할 수 있다.
다만, 이는 예시적인 것으로서, 절전 모드 진입 전 또는 일반 모드 진입 전 중 하나의 경우에만 제2 전원 전압(ELVSS) 및 표시 패널의 휘도의 점진적인 변화가 수행될 수 있다.
이와 같이, 모드 전환 시 제2 전원 전압(ELVSS)의 급격한 변화가 방지되므로, 플리커(flicker)와 같은 표시 결함이 제거될 수 있다.
도 11은 도2 의 DC-DC 컨버터의 동작의 다른 일 예를 나타내는 파형도이다.
도 11에서는 도 9를 참조하여 설명한 구성 요소들에 대해 동일한 참조 부호들을 사용하며, 이러한 구성 요소들에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2 및 도 11을 참조하면, 모드 제어 신호(PS_EN)의 인에이블 구간은 절전 모드에 대응하고, 모드 제어 신호(PS_EN)의 디스에이블 구간은 일반 모드에 대응할 수 있다.
일 실시예에서, DC-DC 컨버터의 모드 전환은 블랙 영상 구간 내에서 수행될 수 있다. 블랙 영상 구간은 표시 장치에 블랙 데이터가 인가되어 블랙 영상을 표시하는 구간이다. 예를 들어, 블랙 영상 구간은 하나의 프레임 구간에 대응할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 블랙 영상 구간은 복수의 프레임 구간들에 대응할 수도 있다.
모드 선택부(170)는 모드 제어 신호(PS_EN)를 블랙 영상 구간에서 인에이블시킬 수 있다. 제2 컨버터(140)는 블랙 영상 구간에서 제2 전원 전압(ELVSS)의 크기를 변화시키고, 모드 제어 신호(PS_EN)에 동기하여 구동 방식을 전환할 수 있다.한편, 제1 컨버터(120) 또한 모드 제어 신호(PS_EN)에 동기하여 구동 방식을 전환할 수 있다.
블랙 영상 구간은 일반 모드로부터 절전 모드로 전환되는 구간 및 절전 모드로부터 일반 모드로 전환되는 구간 중 적어도 하나에 삽입될 수 있다.
블랙 영상 구간에서는 DC-DC 컨버터의 단락 검출 및 셧다운 동작이 추가적으로 수행될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이고, 도 13은 도 12의 DC-DC 컨버터의 동작의 일 예를 나타내는 파형도이며, 도 14a 및 도 14b는 도 12의 DC-DC 컨버터의 동작의 다른 일 예들을 나타내는 파형도이다.
도 12는 도 2를 참조하여 설명한 구성 요소들에 대해 동일한 참조 부호들을 사용하며, 이러한 구성 요소들에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 12의 DC-DC 컨버터(100A)는 보호부(180)의 구성을 제외하면, 도 2의 DC-DC 컨버터와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다.
도 2 및 도 12 내지 도 14b를 참조하면, DC-DC 컨버터(100A)는 1 컨버터(120), 제2 컨버터(140), 모드 선택부(170) 및 보호부(180)를 포함할 수 있다.
제1 컨버터(120)는 일반 모드에서 제1 구동 방식으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력하고, 절전 모드에서 제2 구동 방식으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력할 수 있다.
제2 컨버터(140)는 일반 모드에서 제1 내지 제3 구동 방식들 중 하나로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력하고, 절전 모드에서 제3 구동 방식으로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다.
모드 선택부(170)는 외부의 커맨드(CMD)에 기초하여 제1 및 제2 컨버터들(120, 140)이 일반 모드 또는 절전 모드에 따라 구동하도록 모드 제어 신호(PS_EN)를 제1 및 제2 컨버터들(120, 140)에 제공할 수 있다.
보호부(180)는 단락 검출 신호(SDET)에 기초하여 단락 검출 동작을 수행할 수 있다. 보호부(180)는 일반 모드와 절전 모드의 전환 사이의 블랙 영상 구간(DIP) 동안 제1 컨버터(120)로부터 출력되는 제1 전원 전압(ELVDD)의 변화량과 기 설정된 기준 전압(VREF)을 비교할 수 있다. 예를 들어, 보호부(180)는 블랙 영상 구간(BIP) 내에서 단락 검출 신호(SDET)가 활성화되는 검출 구간(DP)동안 단락 검출 동작을 할 수 있다. 보호부(180)는 제1 전원 전압(ELVDD)의 변화량이 기준 전압(VREF)보다 크면 셧다운 신호(SSD)를 출력할 수 있다. DC-DC 컨버터(100A)는 셧다운 신호(SSD)에 의해 셧다운될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 블랙 영상 구간(BIP)의 검출 구간(DP)에서 제1 컨버터(120) 및 제2 컨버터(140)의 스위칭 동작이 중단될 수 있다. 이에 따라, 제1 컨버터(120)의 출력단 및 제2 컨버터(140)의 출력단이 플로팅(floating)될 수 있다. 즉, 제1 컨버터(120)의 출력단 및 제2 컨버터(140)의 출력단이 Hi-Z 상태가 된다.
이 때, 정상적인 경우, 제1 컨버터(120)의 출력단에 연결된 커패시터(C1)에 저장된 전압에 의해 제1 전원 전압(ELVDD)의 크기가 제1 기준 전압(VREF1)으로 설정된 전압 변화량보다 작아지지 않는다.
그러나, 표시 패널이나 DC-DC 컨버터(100A) 내부의 단락이 발생한 경우에는 제1 전원 전압(ELVDD)의 변화량이 제1 기준 전압(VREF1)보다 커질 수 있다. 이 때, 보호부(180)는 셧다운 신호(SSD)를 출력할 수 있다.
다만, 이는 예시적인 것으로서, 보호부(180)는 제2 컨버터(140)의 출력단에 연결되어 제2 전원 전압(ELVSS)의 변화를 감지하여 회로의 단락을 검출할 수도 있다. 예를 들어, 제2 전원 전압(ELVSS)을 전달하는 라인과 제1 전원 전압(ELVDD)을 전달하는 라인이 서로 단락되는 경우, 제2 전원 전압(EVLSS)이 크게 상승할 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 보호부(180)는 제2 전원 전압(ELVSS)의 변화를 감지하고 이를 제2 기준 전압(VREF2)와 비교하여 단락 여부를 검출할 수도 있다.
일 실시예에서, 블랙 영상 구간(BIP)에서 제2 컨버터(140)의 동작이 중단될 수 있다. 보호부(180)는 제2 컨버터(140)의 출력단에 연결되어 제2 전원 전압(ELVSS)의 변화를 감지하고, 기준 전압(도 14a 및 도 14b의 VREF)와 비교할 수 있다. 예를 들어, 블랙 영상 프레임 구간(BIP)의 검출 구간(DP)에서 제2 컨버터(140)만의 동작이 중단될 수 있다. 이에 따라, 제2 컨버터(140)의 출력단이 플로팅될 수 있다.
정상적인 경우, 도 14b에 도시된 바와 같이, 제2 전원 전압(ELVSS)은 기준 전압(VREF)보다 커질 수 없다. 이에 따라, 블랙 영상 구간(BIP) 후의 절전 모드에서는 제2 전원 전압(ELVSS)이 정상적으로 출력될 수 있다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 단락이 발생된 경우, 제2 전원 전압(ELVSS)은 기준 전압(VREF)을 초과할 수 있다. 이때, DC-DC 컨버터(100A)가 셧다운될 수 있다.
이와 같이, 일반 모드로부터 절전 모드로 진입하기 직전에 블랙 영상 구간(BIP)이 삽입되어 단락 검사가 진행될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 DC-DC 컨버터를 나타내는 도면이고, 도 16은 도 15의 DC-DC 컨버터에 포함되는 인버팅 컨버터 모듈의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 15 및 도 16은 도 2 및 도 5를 참조하여 설명한 구성 요소들에 대한 동일한 참조 부호들을 사용하며, 이러한 구성 요소들에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 15 및 도 16의 DC-DC 컨버터(200)는 인버팅 컨버터 모듈(230)의 구성을 제외하면, 도 2의 DC-DC 컨버터와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다.
도 15 및 도 16을 참조하면, DC-DC 컨버터(200)는 부스트 컨버터(220), 인버팅 컨버터 모듈(230) 및 모드 선택부(270)를 포함할 수 있다. 인버팅 컨버터 모듈(230)은 제1 인버팅 컨버터(240) 및 제2 인버팅 컨버터(250)를 포함할 수 있다.
부스트 컨버터(220)는 도 2 내지 도 12의 제1 컨버터들(120, 120A) 중 하나에 상응할 수 있다. 부스트 컨버터(220)는 일반 모드에서 제1 구동 방식(예를 들어, CCM 방식)으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력하고, 절전 모드에서 제2 구동 방식(예를 들어, DCM 방식)으로 제1 전원 전압(ELVDD)을 출력할 수 있다.
제1 인버팅 컨버터(240)는 도 2 내지 도 12의 제2 컨버터들(140, 140A)중 하나에 상응할 수 있다. 제1 인버팅 컨버터(240)는 절전 모드에서 제3 구동 방식으로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력하고, 일반 모드에서 표시 패널의 로드의 크기에 따라 제1 구동 방식, 제2 구동 방식, 및 제3 구동 방식 중 하나로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다. 일 실시예에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 인버팅 컨버터(240)는 도 8의 제2 컨버터(140A)와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다.
인버팅 컨버터 모듈(230)은 표시 패널의 로드(I_PANEL)에 기초하여 제2 인버팅 컨버터(250)의 구동 여부를 결정하는 페이즈 제어부(238) 및 페이즈 제어부(238)의 출력(DUAL_EN) 및 모드 제어 신호(PS_EN)에 기초하여 제1 인버팅 컨버터(240)와 제2 인버팅 컨버터(250)의 구동을 제어하는 스위칭 제어부(234)를 더 포함할 수 있다.
제2 인버팅 컨버터(250)는 절전 모드에서 동작하지 않는다. 또한, 제2 인버팅 컨버터는 일반 모드에서 표시 패널의 로드(I_PANEL)가 기 설정된 기준 로드를 초과하는 경우에만 제1 구동 방식 또는 제2 구동 방식으로 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다. 즉, 제2 인버팅 컨버터(250)는 기 설정된 수준 이상의 고휘도 영상이 표시되는 경우에만 제1 인버팅 컨버터(240)와 함께 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력할 수 있다.
이에 따라, 일반 모드 중 저휘도 내지 중휘도에 대해서는 제1 인버팅 컨버터(240)만이 제2 전원 전압(ELVSS)을 출력함으로써 DC-DC 컨버터(200)의 소비 전력이 개선될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 100A, 200: DC-DC 컨버터 120, 120A: 제1 컨버터
125, 125A: 제1 스위칭 제어부 140, 140A: 제2 컨버터
145, 145A: 제2 스위칭 제어부 160: 제3 컨버터
170: 모드 선택부 300: 표시 패널
500: 데이터 구동부

Claims (16)

  1. 일반 모드에서 복수의 트랜지스터들을 서로 교번하여 턴-온(turn-on)시킴으로써 제1 인덕터 전류를 생성하는 제1 구동 방식으로 제1 전원 전압을 출력하고, 절전 모드에서 상기 제1 인덕터 전류를 생성하는 제2 구동 방식으로 상기 제1 전원 전압을 출력하는 제1 컨버터;
    상기 절전 모드에서 제2 인덕터 전류를 생성하는 제3 구동 방식으로 제2 전원 전압을 출력하고, 상기 절전 모드에서의 상기 제2 전원 전압과 상기 일반 모드에서의 상기 제2 전원 전압의 크기를 다르게 결정하는 제2 컨버터; 및
    상기 제1 및 제2 컨버터들이 상기 일반 모드 또는 상기 절전 모드에 따라 구동하도록 모드 제어 신호를 상기 제1 및 제2 컨버터들에 공급하는 모드 선택부를 포함하고,
    상기 제2 컨버터는 수직 블랭크 구간 내에서 상기 제2 전원 전압의 크기를 변경하는,
    DC-DC 컨버터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 컨버터는 상기 수직 블랭크 구간 내에서 상기 모드 제어 신호에 동기하여 구동 방식을 전환하면서 상기 제2 전원 전압의 크기를 변화시키는,
    DC-DC 컨버터.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 컨버터는 상기 수직 블랭크 구간 내에서 상기 모드 제어 신호에 동기하여 구동 방식을 전환하고,
    상기 일반 모드로부터 상기 절전 모드로의 상기 구동 방식 전환 전에 복수의 수직 블랭크 구간들에 걸쳐 상기 제2 전원 전압의 크기가 절전 모드 목표 레벨로 단계적으로 변화하며,
    상기 절전 모드로부터 상기 일반 모드로의 상기 구동 방식 전환 후에 복수의 수직 블랭크 구간들에 걸쳐 상기 제2 전원 전압의 크기가 일반 모드 목표 레벨로 단계적으로 변화하는,
    DC-DC 컨버터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 모드 선택부는 상기 모드 제어 신호를 블랙 영상 구간에서 인에이블시키고,
    상기 제2 컨버터는 상기 블랙 영상 구간에서 상기 제2 전원 전압의 크기를 변화시키고, 상기 모드 제어 신호에 동기하여 구동 방식을 전환하는,
    DC-DC 컨버터.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 일반 모드와 상기 절전 모드의 전환 사이의 블랙 영상 구간에서 상기 제1 컨버터로부터 출력되는 상기 제1 전원 전압의 변화량과 기 설정된 기준 전압을 비교하고, 상기 제1 전원 전압의 변화량이 상기 기준 전압보다 크면 상기 DC-DC 컨버터를 셧다운하는 보호부를 더 포함하는,
    DC-DC 컨버터.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 블랙 영상 구간에서 상기 제1 컨버터 및 상기 제2 컨버터의 스위칭 동작이 중단되고, 상기 제1 컨버터의 출력단 및 상기 제2 컨버터의 출력단이 플로팅(floating)된 상태에서 상기 제1 전원 전압의 변화량과 상기 기준 전압을 비교하는,
    DC-DC 컨버터.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 일반 모드와 상기 절전 모드의 전환 사이의 블랙 영상 구간에서 상기 제2 컨버터로부터 출력되는 상기 제2 전원 전압과 기 설정된 기준 전압을 비교하고, 상기 제2 전원 전압의 크기가 상기 기준 전압보다 크면 상기 DC-DC 컨버터를 셧다운하는 보호부를 더 포함하고,
    상기 블랙 영상 구간의 적어도 일부 동안 상기 제2 컨버터의 동작이 중단되는,
    DC-DC 컨버터.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 일반 모드에서 상기 제2 컨버터는 표시 패널의 로드의 크기에 따라 상기 제1 구동 방식, 상기 제2 구동 방식, 및 상기 제3 구동 방식 중 하나를 선택하여 구동함으로써, 상기 제2 전원 전압을 출력하는,
    DC-DC 컨버터.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제3 구동 방식은 펄스 주파수 변조(Pulse Frequency Modulation; PFM) 방식으로 구현되는,
    DC-DC 컨버터.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 컨버터에서, 상기 제1 구동 방식은 상기 제1 인덕터 전류의 크기를 연속적으로 변화시키고, 상기 제2 구동 방식은 상기 제1 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 구간을 포함하는,
    DC-DC 컨버터.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 컨버터에서, 상기 제2 구동 방식은 상기 제2 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 제1 불연속 구간을 포함하고, 제3 구동 방식은 상기 제2 인덕터 전류의 크기가 변화하지 않는 제2 불연속 구간을 포함하며,
    상기 제2 불연속 구간이 상기 제1 불연속 구간보다 긴,
    DC-DC 컨버터.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 구동 방식에서 상기 트랜지스터들의 스위칭 주파수는 상기 표시 패널의 로드의 크기가 감소됨에 따라 기 설정된 값으로 감소하는,
    DC-DC 컨버터.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제3 구동 방식에서 상기 트랜지스터들의 스위칭 주파수는 상기 제2 구동 방식에서 상기 트랜지스터들의 상기 스위칭 주파수보다 낮은,
    DC-DC 컨버터.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 구동 방식으로 생성된 상기 제1 인덕터 전류는 제1 피크 값을 갖고, 상기 제2 구동 방식으로 생성된 상기 제1 인덕터 전류는 상기 제1 피크 값보다 작은 제2 피크 값을 갖는,
    DC-DC 컨버터.
  15. 제8 항에 있어서,
    상기 일반 모드에서 상기 표시 패널의 로드의 크기에 기초하여 결정된 상기 제1 구동 방식, 상기 제2 구동 방식, 및 상기 제3 구동 방식 중 하나로 동작하고, 상기 절전 모드에서 상기 제3 구동 방식으로 동작하여 제3 전원 전압을 출력하는 제3 컨버터를 더 포함하는,
    DC-DC 컨버터.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 전원 전압 및 상기 제2 전원 전압은 상기 표시 패널의 화소들로 공급되고,
    상기 제3 전원 전압은 데이터 구동부로 공급되는,
    DC-DC 컨버터.
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