KR20230173493A - 전력변환장치 제어기 및 전력관리집적회로 - Google Patents

전력변환장치 제어기 및 전력관리집적회로 Download PDF

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Abstract

본 실시예는 전력변환장치의 제어에 관한 것으로서, 피드백루프로 유입되는 노이즈의 영향을 최소화시키기 위해, 에러신호의 AC성분을 쏘(SAW)신호에 반영시켜 서로 상쇄되게 하는 제어 기술을 제공한다.

Description

전력변환장치 제어기 및 전력관리집적회로{CONTROLLER FOR POWER CONVERTER AND POWER MANAGEMENT INTEGRATED CIRCUIT}
본 실시예는 전력변환장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 전력변환장치의 제어에 관한 것이다.
디스플레이장치는 전력관리회로를 포함하고 있다. 전력관리회로는 전력관리집적회로(Power Management Intergrated Circuit), 약자로는 PMIC로 표기되기도 한다.
전력관리집적회로는 상용전력원 혹은 배터리 등으로부터 공급되는 시스템전력을 디스플레이장치에 포함되는 부품들의 특성에 맞도록 변환하여 공급하는 기능을 주로 수행한다. 예를 들어, 전력관리집적회로는 시스템전력의 전압과 부품들의 동작전압이 다른 경우, 시스템전력의 전압을 변환한 후 각 부품들로 공급한다.
전력관리집적회로는 부품들로 공급하는 출력전압을 일정 크기로 레귤레이션하기 위한 피드백루프를 포함한다. 이러한 피드백루프에 노이즈가 투입되면, 출력전압이 일정 크기로 레귤레이션되지 못하고 변동할 수 있다.
디스플레이장치는 화소구동 과정에서 많은 노이즈를 발생시키기 때문에, 전력관리집적회로의 피드백루프로 노이즈가 유입될 가능성이 높다. 이에 따라, 전력관리집적회로에서 노이즈의 영향을 최소화시키기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 전력관리집적회로에서 노이즈의 영향을 최소화시키는 기술을 제공하는 것이다. 특히, 본 실시예의 목적은, 전력관리집적회로의 피드백루프로 유입되는 노이즈가 전력관리집적회로의 출력전압에 미치는 영향을 최소화시키는 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 실시예는, 전력반도체를 포함하는 전력변환장치의 센싱전압과 레퍼런스전압의 차이에 따라 에러신호를 생성하는 에러신호생성기; 쏘(SAW)신호를 생성하는 쏘신호생성기; 상기 에러신호의 AC성분을 상기 쏘신호에 반영시키는 AC성분반영기; 및 상기 쏘신호와 상기 에러신호를 비교하여 상기 전력반도체를 제어할 PWM(Pulse Width Modulation)신호를 생성하는 PWM신호생성기를 포함하는 전력변환장치 제어기를 제공한다.
다른 측면에서, 본 실시예는, 전력변환장치에 포함되는 전력반도체; 및 상기 전력변환장치의 출력을 레귤레이션하기 위해 상기 전력반도체의 게이트로 게이트신호를 송신하며, 상기 전력변환장치의 센싱전압과 레퍼런스전압의 차이에 따라 생성되는 에러신호의 라인과 쏘(SAW)신호의 라인 사이에 캐패시터가 배치되는 제어기를 포함하는 전력관리집적회로를 제공한다.
전력변환장치의 출력은 일정한 프레임레이트로 화소를 구동하는 디스플레이구동장치로 공급될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 전력관리집적회로에서 노이즈의 영향을 최소화시킬 수 있다. 특히, 본 실시예에 의하면, 전력관리집적회로의 피드백루프로 유입되는 노이즈가 전력관리집적회로의 출력전압에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있고, 전력관리집적회로의 출력전압을 안정적으로 레귤레이션할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전력변환장치의 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제어기의 구성도이다.
도 4는 AC성분반영기가 없는 제어기의 주요 파형도이다.
도 5는 일 실시예에서 에러신호의 AC성분이 쏘신호에 반영되는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 AC성분반영기가 있는 제어기의 주요 파형도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 쏘신호생성기와 AC성분반영기의 구성도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 제어기에 버퍼가 더 포함되는 예시를 나타내는 도면이다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 디스플레이장치(100)는 전력변환장치(110), 타이밍컨트롤러(120), 소스드라이버(130), 게이트드라이버(140) 및 디스플레이패널(150) 등을 포함할 수 있다.
전력변환장치(110)는 타이밍컨트롤러(120), 소스드라이버(130), 게이트드라이버(140) 및 디스플레이패널(150) 등으로 전력을 공급할 수 있다.
전력변환장치(110)는 타이밍컨트롤러(120)로 제1구동전압(VTM)을 공급할 수 있다. 타이밍컨트롤러(120)는 제1구동전압(VTM)을 이용하여 영상데이터에 대한 연산을 수행할 수 있다.
전력변환장치(110)는 소스드라이버(130)로 제2구동전압(VSD)을 공급할 수 있다. 소스드라이버(130)는 제2구동전압(VSD)을 이용하여 디스플레이패널(150)에 배치되는 화소들(P)을 구동할 수 있다.
전력변환장치(110)는 게이트드라이버(140)로 제3구동전압(VGD)을 공급할 수 있다. 게이트드라이버(140)는 제3구동전압(VGD)을 이용하여 스캔신호(SCN)를 생성할 수 있다.
전력변환장치(110)는 디스플레이패널(150)의 타입에 따라 디스플레이패널(150)에 필요한 전력을 공급할 수 있다. 디스플레이패널(150)이 LCD(Liquid Crystal Display)패널인 경우, 전력변환장치(110)는 디스플레이패널(150)에 배치되는 공통전극으로 공통전압을 공급할 수 있다.
디스플레이패널(150)이 OLED(Organic Light Emitting Diode)패널인 경우, 전력변환장치(110)는 디스플레이패널(150)에 배치되는 OLED들의 캐소드전극으로 기저전압을 공급할 수 있고, OLED들의 애노드전극으로 화소구동전압을 공급할 수 있다.
타이밍컨트롤러(120)는 외부 장치로부터 수신되는 영상데이터를 디스플레이패널(150)의 특성에 적합하도록 처리하고, 처리된 영상데이터(RGB)를 소스드라이버(130)로 송신할 수 있다. 그리고, 타이밍컨트롤러(120)는 소스드라이버(130)를 제어하고 설정하기 위한 데이터제어신호(DCS)를 소스드라이버(130)로 송신할 수 있다.
타이밍컨트롤러(120)는 디스플레이패널(150)에 대한 스캔타이밍을 제어하기 위한 게이트제어신호(GCS)를 게이트드라이버(140)로 송신할 수 있다. 그리고, 타이밍컨트롤러(120)는 전력변환장치(110)를 제어하기 위한 전력제어신호(PCS)를 전력변환장치(110)로 송신할 수 있다.
영상데이터(RGB), 데이터제어신호(DCS), 게이트제어신호(GCS) 및 전력제어신호(PCS)는 프레임단위로 송신될 수 있다. 예를 들어, 프레임레이트가 120Hz일 경우, 각 신호는 1/120초마다 한번씩 송신될 수 있고, 프레임레이트가 240Hz일 경우, 각 신호는 1/240초마다 한번씩 송신될 수 있다. 타이밍컨트롤러(120)의 이러한 주기적인 신호 송신은 전력변환장치(110)에 노이즈원이 될 수 있다.
소스드라이버(130)는 영상데이터(RGB)에 포함된 각 화소(P)의 계조값을 데이터전압(VD)으로 변환하여 각 화소(P)로 공급할 수 있다.
소스드라이버(130)는 데이터전압(VD)을 라인단위로 송신할 수 있다. 예를 들어, 소스드라이버(130)는 디스플레이패널(150)에 형성되는 복수의 라인들 중 하나의 라인을 선택하고, 해당 라인에 배치되는 화소들에 대한 데이터전압(VD)들을 동시에 송신할 수 있다. 여기서, 라인에 대한 선택은 게이트드라이버(140)에서 송신하는 스캔신호(SCN)에 의해 결정될 수 있다.
데이터전압(VD)의 송신에는 상대적으로 많은 전력이 소모될 수 있다. 그리고, 이러한 많은 전력의 소모는 라인단위로 발생할 수 있고, 전력변환장치(110)에 노이즈원으로 인식될 수 있다.
디스플레이장치(100)에서의 이러한 다양한 노이즈들은 전력변환장치(110)의 피드백루프로 유입될 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 전력변환장치(110)는 이러한 노이즈들이 출력전압-제1구동전압(VTM), 제2구동전압(VSD), 제3구동전압(VGD) 등-의 레귤레이션에 미치는 영향을 최소화시키기 위한 제어기를 포함하고 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 전력변환장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 전력변환장치(110)는 전력관리집적회로(210) 및 파워스테이지(220) 등을 포함할 수 있다.
전력변환장치(110)는 인덕터(L), 출력캐패시터(Co), 제1전력반도체(SW) 및 제2전력반도체(D) 등을 포함할 수 있다.
인덕터(L)와 출력캐패시터(Co)와 같이 크기가 큰 수동소자들은 파워스테이지(220)에 배치되고, 집적회로 내에 포함될 수 있는 제1전력반도체(SW) 및 제2전력반도체(D)는 전력관리집적회로(210)에 내장될 수 있다. 혹은 필요에 따라 제2전력반도체(D)는 파워스테이지(220)에 배치될 수 있다.
제1전력반도체(SW)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)와 같은 트랜지스터류이고, 제2전력반도체(D)는 다이오드류일 수 있다. 실시예에 따라서는 제2전력반도체(D)도 제어가 가능한 트랜지스터류일 수 있는데, 이때, 전력변환장치(110)를 동기식이라고 부르기도 한다.
인덕터(L), 출력캐패시터(Co), 제1전력반도체(SW) 및 제2전력반도체(D)의 배치와 연결관계에 따라, 전력변환장치(110)는 벅컨버터, 부스트컨버터, 벅-부스트컨버터, 플라이백컨버터 등으로 불리울 수 있다. 본 실시예에 이러한 특정 형태의 컨버터로 제한되는 것은 아니고, 전력반도체를 이용하여 전력을 변환하는 장치에는 모두 적용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 부스트컨버터를 예시로 들어 설명한다.
제1전력반도체(SW)가 턴온되면, 입력전압(VIN)이 인덕터(L)에 가해지면서 인덕터(L)에 전기에너지가 저장된다. 그리고, 제1전력반도체(SW)가 턴오프되면 인덕터(L)에 저장된 전기에너지가 제2전력반도체(D)를 통해 출력캐패시터(Co)로 전달되면서 출력전압(VO)을 형성하게 된다. 이때, 출력전압(VO)의 크기는 제1전력반도체(SW)의 턴온시간에 따라 조절될 수 있다.
전력관리집적회로(210)는 제어기(212)와 스위치회로(214)를 포함할 수 있는데, 제어기(212)가 주기적으로 스위치회로(214)에 포함된 제1전력반도체(SW)를 턴온시키고 턴오프시킴으로써 출력전압(VO)을 레귤레이션할 수 있다.
제어기(212)는 전력변환장치(110)의 센싱전압(VFB)과 센싱전류(ISW)를 이용하여 제1전력반도체(SW)의 게이트신호(VGA)를 생성할 수 있다. 센싱전압(VFB)은 파워스테이지(220)의 출력단에 배치되는 피드백저항(Rfb)을 통해 생성될 수 있고, 센싱전류(ISW)는 제1전력반도체(SW)와 직렬로 연결되는 센싱저항(Rsw)을 통해 생성될 수 있다. 여기서, 센싱전압(VFB)은 전력변환장치(110)의 출력전압(VO)에 대응되고, 센싱전류(ISW)는 인덕터(L)에 흐르는 전류, 그리고, 전력변환장치(110)의 출력전류에 대응될 수 있다.
제어기(212)는 센싱전압(VFB)을 이용하여 전력변환장치(110)의 출력전압(VO)을 일정 크기로 레귤레이션할 수 있고, 센싱전류(ISW)를 이용하여 전력변환장치(110)의 출력전류를 일정 크기로 레귤레이션할 수 있다.
제어기(212)가 센싱전압(VFB)만을 이용하여 전력변환장치(110)의 출력전압(VO)을 레귤레이션하는 것을 전압제어라고 부르고, 센싱전류(ISW)와 센싱전압(VFB) 모두 이용하여 전력변환장치(110)의 출력을 레귤레이션하는 것을 전류제어라고 부르기도 한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 전압제어에 대한 예시를 중심으로 설명한다.
한편, 센싱전압(VFB)은 전력변환장치(110)의 출력단에 배치되는 피드백저항(Rfb)을 통해 획득되는데, 출력전압(VO)과 연결되는 부하에서 노이즈가 발생하면 노이즈는 피드백저항(Rfb)을 통해 센싱전압(VFB)으로 유입될 수 있다.
도면에 도시되지 않았으나 노이즈는 다른 경로를 통해 유입될 수도 있다. 예를 들어, 노이즈는 제어기(212)에 포함되는 제어루프보상회로를 통해 유입될 수도 있다.
일 실시예에 따른 제어기는 외부로부터 유입되는 노이즈, 예를 들어, 센싱전압(VFB)을 통해 유입되거나 제어루프보상회로를 통해 유입되는 이러한 노이즈의 영향을 제거하기 위한 구성을 포함할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 제어기의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 제어기(210)는 에러신호생성기(310), 쏘(SAW)신호생성기(320), AC성분반영기(330), PWM(Pulse Width Modulation)신호생성기(340) 및 게이트제어기(350) 등을 포함할 수 있다.
에러신호생성기(310)는 전력반도체를 포함하는 전력변환장치의 센싱전압(VFB)과 레퍼런스전압(Vref)의 차이에 따라 에러신호(Ve)를 생성할 수 있다.
에러신호생성기(310)는 에러앰프(EA), 제어루프보상회로(312) 등을 포함할 수 있다.
에러앰프(EA)는 센싱전압(VFB)과 레퍼런스전압(Vref)의 차이를 증폭시켜 출력할 수 있다. 에러앰프(EA)의 증폭비는 제어루프게인에 영향을 미칠 수 있다. 설계자는 에러앰프(EA)의 증폭비를 조절하여 제어루프게인을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
에러앰프(EA)의 출력은 제어루프보상회로(312)로 전달될 수 있다. 제어루프보상회로(312) 제어루프게인을 보상하기 위한 회로로서 스테이트를 형성하기 위해 복수의 캐패시터를 포함할 수 있다. 제어루프보상회로(312)는 복수의 캐패시터 및 복수의 저항들을 이용하여 PID(Proportional Integral Derivative)제어회로를 구성할 수 있다.
제어루프보상회로(312)에 연결된 에러앰프(EA)의 출력에 형성되는 전압이 에러신호(Ve)를 형성할 수 있다. 혹은 에러앰프(EA)의 출력이 후술하는 버퍼 등을 거쳐 에러신호(Ve)를 형성할 수 있다.
쏘신호생성기(320)는 쏘신호(SAW)를 생성할 수 있다. 쏘신호는 파형이 톱니(Saw tooth)의 형상을 닮았다고 하여 과거에 붙여진 이름이나 최근에는 PWM신호를 생성하기 위해 에러신호(Ve)와 비교되는 신호를 쏘신호라고 부르기도 한다.
PWM신호생성기(340)는 쏘신호(SAW)와 에러신호(Ve)를 비교하여 전력반도체를 제어할 PWM신호(PWM)를 생성할 수 있다.
그리고, 게이트제어기(350)는 PWM신호(PWM)에 따라 게이트신호(VGA)를 생성하고 게이트신호(VGA)를 전력반도체로 송신할 수 있다.
한편, 전술한 것과 같이 센싱전압(VFB)으로 노이즈가 유입될 수 있는데, 이러한 노이즈는 에러앰프(EA)를 통해 에러신호(Ve)로 전달될 수 있다.
혹은 제어루프보상회로(312)를 통해 노이즈가 유입될 수 있는데, 이러한 노이즈는 에러앰프(EA)를 통해 에러신호(Ve)로 전달될 수 있다.
센싱전압(VFB)이나 제어루프보상회로(312)가 집적회로의 외부로 노출된 단자를 가지고 있는 경우, 이러한 노이즈의 유입 가능성이 높지만 그러한 경우가 아니더라도 다양한 경로를 통해 에러신호(Ve)로 노이즈가 유입될 수 있다.
전력변환장치가 안정적인 상태에 도달하면 에러신호(Ve)는 실질적으로 DC(direct current)의 형태를 가지게 될 수 있다. 그런데, 이러한 에러신호(Ve)에 노이즈가 유입되면 해당 노이즈는 AC(alternating current)의 형태로 보일 수 있다.
AC성분반영기(330)는 노이즈의 영향을 최소화시키기 위해, 에러신호(Ve)에서 AC성분(Ve_ac)을 쏘신호(SAW)에 반영시킬 수 있다. 이렇게 되면, 에러신호(Ve)에도 AC성분(Ve_ac)이 나타나고 쏘신호(SAW)에도 AC성분(Ve_ac)이 나타나게 되는데, 이러한 공통적은 AC성분(Ve_ac)은 PWM신호생성기(340)에서 서로 상쇄되기 때문에 PWM신호(PWM)에 영향을 미치지 않게 된다.
이러한 AC성분반영기(330)의 기능을 이해하기 위해, AC성분반영기(330)가 없을 때의 제어기 내 주요 파형과 AC성분반영기(330)가 있을 때의 제어기 내 주요 파형을 비교해 본다.
도 4는 AC성분반영기가 없는 제어기의 주요 파형도이다.
도 4를 참조하면, 게이트신호(VGA)의 라이징에지는 셋신호(SET)에 따라 형성될 수 있다. 그리고, PWM신호(PWM)의 라이징에지에 따라 게이트신호(VGA)의 폴링에지가 형성될 수 있다. 셋신호(SET)는 일정한 주기마다 발생하는데, 이러한 주기를 스위칭주기라고 하기도 한다. 게이트신호(VGA)가 하이레벨을 가지는 구간(이하, '온구간'이라 함)이 전력반도체의 턴온시간이 되는데, 스위칭주기에서 게이트신호(VGA)의 온구간 비중에 따라 전력변환장치의 출력이 조절되게 된다.
일반적으로, 출력이 안정되어 있는 경우, 각 스위칭주기에서 게이트신호(VGA)의 온구간은 일정하게 유지된다. 그러나, 도 4의 두번째 스위칭주기에 예시된 것처럼, 에러신호(Ve)에 노이즈가 유입되면 게이트신호(VGA)의 온구간은 변동할 수 있다.
게이트신호(VGA)의 폴링에지는 PWM신호(PWM)의 라이징에지에 따라 형성되는데, 여기서, PWM신호(PWM)의 라이징에지는 쏘신호(SAW')가 에러신호(Ve)보다 커지는 순간에 발생한다. 에러신호(Ve)가 쏘신호(SAW')보다 높은 레벨을 가지면, PWM신호(PWM)는 로우레벨을 가지고, 에러신호(Ve)가 쏘신호(SAW')보다 낮은 레벨을 가지면, PWM신호(PWM)는 하이레벨을 가질 수 있는데, 이러한 동작방식에 따라 쏘신호(SAW')가 에러신호(Ve)보다 커지는 순간에 PWM신호(PWM)의 라이징에지가 형성되게 된다.
한편, 도 4에 도시된 두번째 스위칭주기와 같이 에러신호(Ve)에 노이즈에 의한 AC성분(Ve_ac)이 나타나게 되면, 쏘신호(SAW')가 에러신호(Ve)보다 커지는 순간이 달라지면서 게이트신호(VGA)의 온구간도 달라지게 된다. 도 4에서 보면, 노이즈가 없는 첫번째 스위칭주기와 세번째 스위칭주기에서의 게이트신호(VGA)의 온구간(T1, T3)과 노이즈가 있는 두번째 스위칭주기에서의 게이트신호(VGA)의 온구간(T2)의 길이가 다른 것을 확인할 수 있다.
참고로, 쏘신호(SAW')는 각 스위칭주기가 시작되면 점차적으로 레벨이 증가하다가 리셋신호(RESET)의 라이징에지에서 감소하고 다시 리셋신호(RESET)의 폴링에지에서 증가할 수 있다. 이러한 리셋신호(RESET)의 폴링에지가 각 스위칭주기의 시작일 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 제어기는 AC성분반영기를 통해 에러신호의 AC성분을 쏘신호에 반영시킴으로써 도 4에 도시된 문제를 해결할 수 있다.
도 5는 일 실시예에서 에러신호의 AC성분이 쏘신호에 반영되는 것을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 제어기는 오리지널 쏘신호(SAW')를 생성하고, 에러신호(Ve)에서 AC성분(Ve_ac)을 추출한 후에 AC성분(Ve_ac)을 오리지널 쏘신호(SAW')에 합성시켜 쏘신호(SAW)를 생성할 수 있다.
이렇게 생성된 쏘신호(SAW)는 오리지널 쏘신호(SAW')와 달리 노이즈에 대응되는 AC성분(Ve_ac)을 더 포함하고 있을 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 AC성분반영기가 있는 제어기의 주요 파형도이다.
도 6을 참조하면, 게이트신호(VGA)의 라이징에지는 셋신호(SET)에 따라 형성될 수 있다. 그리고, PWM신호(PWM)의 라이징에지에 따라 게이트신호(VGA)의 폴링에지가 형성될 수 있다. 셋신호(SET)는 일정한 주기마다 발생할 수 있다.
게이트신호(VGA)의 폴링에지는 PWM신호(PWM)의 라이징에지에 따라 형성되는데, 여기서, PWM신호(PWM)의 라이징에지는 쏘신호(SAW)가 에러신호(Ve)보다 커지는 순간에 발생한다. 에러신호(Ve)가 쏘신호(SAW)보다 높은 레벨을 가지면, PWM신호(PWM)는 로우레벨을 가지고, 에러신호(Ve)가 쏘신호(SAW)보다 낮은 레벨을 가지면, PWM신호(PWM)는 하이레벨을 가질 수 있는데, 이러한 동작방식에 따라 쏘신호(SAW)가 에러신호(Ve)보다 커지는 순간에 PWM신호(PWM)의 라이징에지가 형성되게 된다.
쏘신호(SAW)에는 에러신호(Ve)의 AC성분(Ve_ac)이 반영될 수 있다. 도 6에 도시된 두번째 스위칭주기와 같이 에러신호(Ve)에 노이즈에 의한 AC성분(Ve_ac)이 나타나게 되면, AC성분반영기에 의해 쏘신호(SAW)에도 AC성분(Ve_ac)이 나타나게 된다.
비교 대상이 되는 에러신호(Ve)와 쏘신호(SAW)에 모두 노이즈에 의한 AC성분(Ve_ac)이 나타나기 때문에, 각 스위칭주기에서의 게이트신호(VGA)의 온구간(T1, T2, T3)의 길이는 실질적으로 동일해진다.
도 7은 일 실시예에 따른 쏘신호생성기와 AC성분반영기의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 쏘신호생성기(320)는 전류원(IS), 적분캐패시터(CI) 및 리셋스위치(TR)를 포함할 수 있다.
전류원(IS)과 적분캐패시터(CI)는 램프신호생성기를 구성한다. 전류원(IS)에서 일정한 크기의 전류가 적분캐패시터(CI)를 충전시킬 수 있다. 이에 따라, 적분캐패시터(CI)의 전압이 램프신호의 형태로 증가할 수 있다. 적분캐패시터(CI)의 전압은 리셋스위치(TR)가 턴온되면서 리셋전압(Vr)으로 리셋될 수 있다. 리셋스위치(TR)은 리셋신호(RESET)에 의해 주기적으로 턴온되었다가 턴오프되는데, 이러한 리셋신호(RESET)의 주기에 따라, 램프신호생성기는 주기적으로 램프신호를 생성할 수 있다. 그리고, 이러한 주기에 따라 적분캐패시터(CI)가 일정 전압을 리셋될 수 있다.
램프신호생성기가 생성하는 램프신호가 도 3에 도시된 오리지널 쏘신호(도 3의 SAW' 참조)일 수 있다. 쏘신호생성기(320)는 이러한 램프신호를 이용하여 쏘신호(SAW)를 생성할 수 있다.
램프신호생성기에서 전류원(IS)은 적분캐패시터(CI)의 일측으로 연결되고, 적분캐패시터(CI)의 타측으로는 에러신호(Ve)가 송신되는 라인이 연결될 수 있다.
적분캐패시터(CI)는 DC블록킹캐패시터로 기능할 수 있는데, AC성분반영기(330)는 이러한 DC블록킹캐패시터를 통해 AC성분을 쏘신호(SAW)에 반영시킬 수 있다. DC블록킹캐패시터의 일측에 쏘신호(SAW)가 형성되고, DC블록킹캐패시터의 타측에 에러신호(Ve)가 송신되는 라인이 연결되기 때문에, 에러신호(Ve)의 DC성분은 DC블록킹캐패시터에 의해 차단되고 AC성분만 쏘신호(SAW)에 반영되게 된다.
앞서 설명한 것과 같이 본 실시예는 전압제어 뿐만 아니라 전류제어에도 적용될 수 있는데, 전류제어에 적용되는 경우, 쏘신호생성기(330)는 전력변환장치의 센싱전류를 램프신호에 합성시켜 쏘신호(SAW)를 생성할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 제어기에 버퍼가 더 포함되는 예시를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 제어기(800)는 에러신호생성기(810), 쏘신호생성기(320), AC성분반영기(330), PWM신호생성기(340) 및 게이트제어기(350) 등을 포함할 수 있다.
에러신호생성기(810)는 전력반도체를 포함하는 전력변환장치의 센싱전압(VFB)과 레퍼런스전압(Vref)의 차이에 따라 에러신호(Ve)를 생성할 수 있다.
에러신호생성기(810)는 에러앰프(EA), 제어루프보상회로(312), 버퍼(814) 등을 포함할 수 있다.
에러앰프(EA)는 센싱전압(VFB)과 레퍼런스전압(Vref)의 차이를 증폭시켜 출력할 수 있다. 에러앰프(EA)의 증폭비는 제어루프게인에 영향을 미칠 수 있다. 설계자는 에러앰프(EA)의 증폭비를 조절하여 제어루프게인을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
에러앰프(EA)의 출력(EAO)은 제어루프보상회로(312)로 전달될 수 있다. 제어루프보상회로(312) 제어루프게인을 보상하기 위한 회로로서 스테이트를 형성하기 위해 복수의 캐패시터를 포함할 수 있다. 제어루프보상회로(312)는 복수의 캐패시터 및 복수의 저항들을 이용하여 PID(Proportional Integral Derivative)제어회로를 구성할 수 있다.
제어루프보상회로(312)에 연결된 에러앰프(EA)의 출력(EAO)은 버퍼(814)를 거쳐 에러신호(Ve)를 형성할 수 있다. 에러신호생성기(810)는 에러앰프(EA)를 이용하여 센싱전압(VFB)과 레퍼런스전압(Vref)의 차이를 증폭시켜 출력하고, 에러앰프(EA)의 출력(EAO)을 버퍼(814)를 이용하여 버퍼링하고, 버퍼(814)의 출력으로 에러신호(Ve)를 생성할 수 있다.
버퍼(814)는 입력임피던스가 크고 출력임피던스가 작은 소자이다. 버퍼(814)가 사용되는 경우, AC성분반영기(330)가 제어루프게인에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있다.
AC성분반영기(330)는 버퍼(814)의 출력측과 쏘신호생성기(320) 사이에 배치될 수 있다. 그리고, 제어루프보상회로(312)는 버퍼(814)의 입력측에 연결될 수 있다. AC성분반영기(330)는 캐패시터를 포함할 수 있는데, 버퍼(814)에 의한 분리에 따라 AC성분반영기(330)에 포함된 캐패시터가 제어루프보상회로(312)에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있다.
쏘신호생성기(320), AC성분반영기(330), PWM신호생성기(340) 및 게이트제어기(350)에 대한 설명은 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한 것으로 대체한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 전력관리집적회로에서 노이즈의 영향을 최소화시킬 수 있다. 특히, 본 실시예에 의하면, 전력관리집적회로의 피드백루프로 유입되는 노이즈가 전력관리집적회로의 출력전압에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있고, 전력관리집적회로의 출력전압을 안정적으로 레귤레이션할 수 있다.

Claims (20)

  1. 전력반도체를 포함하는 전력변환장치의 센싱전압과 레퍼런스전압의 차이에 따라 에러신호를 생성하는 에러신호생성기;
    쏘(SAW)신호를 생성하는 쏘신호생성기;
    상기 에러신호의 AC성분을 상기 쏘신호에 반영시키는 AC성분반영기; 및
    상기 쏘신호와 상기 에러신호를 비교하여 상기 전력반도체를 제어할 PWM(Pulse Width Modulation)신호를 생성하는 PWM신호생성기
    를 포함하는 전력변환장치 제어기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PWM신호에 따라 게이트신호를 생성하고 상기 게이트신호를 상기 전력반도체로 송신하는 게이트제어기를 더 포함하는 전력변환장치 제어기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 교류성분반영기는 DC블록킹캐패시터를 포함하고, 상기 DC블록킹캐패시터를 통해 상기 AC성분을 상기 쏘신호에 반영시키는 전력변환장치 제어기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 쏘신호생성기는 주기적으로 램프신호를 생성시키는 램프신호생성기를 포함하고, 상기 램프신호를 이용하여 상기 쏘신호를 생성하는 전력변환장치 제어기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 램프신호생성기는 전류원과 적분캐패시터를 포함하고, 상기 적분캐패시터의 일측으로 상기 전류원이 연결되고, 상기 적분캐패시터의 타측이 상기 에러신호가 송신되는 라인과 연결되는 전력변환장치 제어기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 적분캐패시터는 주기적으로 일정 전압으로 리셋되는 전력변환장치 제어기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 쏘신호생성기는 상기 전력변환장치의 센싱전류를 상기 램프신호에 합성시켜 상기 쏘신호를 생성하는 전력변환장치 제어기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에러신호생성기는,
    상기 센싱전압과 상기 레퍼런스전압의 차이를 증폭시켜 출력하는 에러앰프 및, 상기 에러앰프의 출력을 버퍼링하는 버퍼를 포함하고, 상기 버퍼의 출력으로 상기 에러신호를 생성하는 전력변환장치 제어기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 AC성분반영기는 상기 버퍼의 출력측과 상기 쏘신호생성기 사이에 배치되는 전력변환장치 제어기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 에러신호생성기는,
    상기 버퍼의 입력측에 연결되는 제어루프보상회로를 더 포함하는 전력변환장치 제어기.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 게이트제어기는,
    셋(SET)신호에 따라 상기 게이트신호의 라이징에지를 형성하고 상기 PWM신호의 라이징에지에 따라 상기 게이트신호의 폴링에지를 형성하는 전력변환장치 제어기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전력변환장치는 두 개의 전력반도체를 포함하는 벅 혹은 부스트타입 컨버터인 전력변환장치 제어기.
  13. 전력변환장치에 포함되는 전력반도체; 및
    상기 전력변환장치의 출력을 레귤레이션하기 위해 상기 전력반도체의 게이트로 게이트신호를 송신하며, 상기 전력변환장치의 센싱전압과 레퍼런스전압의 차이에 따라 생성되는 에러신호의 라인과 쏘(SAW)신호의 라인 사이에 캐패시터가 배치되는 제어기
    를 포함하는 전력관리집적회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어기는 전류원과 상기 캐패시터를 이용하여 상기 쏘신호를 생성하고,
    상기 캐패시터의 일측은 상기 전류원과 연결되고, 상기 캐패시터의 타측은 상기 에러신호의 라인과 연결되는 전력관리집적회로.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 캐패시터의 일측 전압과 상기 전력변환장치의 센싱전류를 합성시켜 상기 쏘신호를 생성하는 전력관리집적회로.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 센싱전압과 상기 레퍼런스전압의 차이를 증폭시켜 출력하는 에러앰프 및, 상기 에러앰프의 출력을 버퍼링하는 버퍼를 포함하고, 상기 버퍼의 출력으로 상기 에러신호를 생성하는 전력관리집적회로.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 캐패시터는 상기 버퍼의 출력측에 형성되는 라인과 상기 쏘신호의 라인 사이에 배치되는 전력관리집적회로.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 에러신호의 라인에는 제어루프보상회로가 연결되는 전력관리집적회로.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 전력변환장치의 출력은 일정한 프레임레이트로 화소를 구동하는 디스플레이구동장치로 공급되는 전력관리집적회로.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 캐패시터는 DC성분은 차단하고 AC성분을 전달하는 DC블록킹캐패시터인 전력관리집적회로.
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KR101022360B1 (ko) * 2010-11-26 2011-03-22 엘아이지넥스원 주식회사 Ｄｃ-ｄｃ 컨버터의 ｐｗｍ 제어 장치
KR101725862B1 (ko) * 2011-03-23 2017-04-26 삼성전자주식회사 스위칭 레귤레이터, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 전자 장치
KR101339172B1 (ko) * 2013-04-11 2013-12-09 파워실리콘 (주) 제어모드 변환을 통한 스위칭 제어방법 그리고 이를 이용한 스위칭 제어기 및 역률보정 제어기
KR101472457B1 (ko) * 2013-08-27 2014-12-12 전자부품연구원 Pfc 제어장치 및 방법
US9774248B2 (en) * 2014-11-10 2017-09-26 Power Integrations, Inc. Introducing jitter to a switching frequency by way of modulating current limit

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