WO2018016831A1 - 디스플레이 장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 전자장치 - Google Patents

디스플레이 장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 전자장치 Download PDF

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WO2018016831A1
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voltage
switching
capacitor
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최용호
임춘택
이은수
박영찬
이규성
임상민
뚜이 응웬탄
최병국
최진수
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삼성전자 주식회사
한국과학기술원
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Definitions

  • the present disclosure relates to a display device, a method of driving the device, and an electronic device. More particularly, a display device such as a DTV receives a power regardless of a distance from the peripheral device to maintain a constant target power.
  • a display device, a method of driving the device, and an electronic device are provided.
  • Wireless power transfer refers to a technology that can transfer power without wires. It's also called Wi-power compared to Wi-Fi technology, which can connect to the Internet anytime, anywhere with a wireless adapter.
  • IPTS Inductive Power Transfer System
  • CMRS Coupled Magnetic Resonance System
  • the above technology can be applied to the TV as it is, but because of the characteristics of the TV is used for wall-mounted because it can be installed in a variety of forms in different spaces for each user, which causes a problem that it is difficult to transmit a stable power.
  • Embodiments of the present disclosure provide a display device, a method of driving the device, and an electronic device, for example, a display device such as a DTV to receive power regardless of a distance from the peripheral device to maintain a constant target power. There is this.
  • a display device includes a resonant circuit unit configured to receive power by using induced electromotive force through a magnetic field generated by an external device including a high frequency operation inverter and a transmission coil (or a first coil unit), and the external device. And a capacitance varying part for varying the capacitance Cv of the resonant circuit part to adjust the resonance point of the resonant circuit part changed by the distance from the device, and a display panel for realizing an image using the voltage.
  • the resonant circuit part may include a first capacitor connected to one side of a coil part of which one terminal generates the induced electromotive force, and a second capacitor Cp connected to the other side of the coil part and the other terminal of the first capacitor,
  • the capacitance of the second capacitor may vary.
  • the capacitance variable part may include a first terminal connected to a drain terminal of the other terminal of the first capacitor, a first switching element to which a first control signal is input to a gate terminal, and a drain terminal of the other side of the coil part, and a source terminal of the first capacitor. And a second switching device connected to the first switching device and having a second control signal input to a gate terminal.
  • the driving frequency of the first switching element and the second switching element and the first control signal and the first signal are dependent on a distance between the external device and the coil unit and whether or not a resonant circuit for forming a current source exists in the external device. At least one of the duty of the two control signals may be determined.
  • the duty D according to the distance may be determined in a section in which the first switching device and the second switching device operate opposite to each other, and the capacitance may vary according to the determined duty.
  • the first switching device and the second switching device may perform a zero voltage switching (ZVS) operation by turning on a switch in advance during a current flow in a reverse direction of a diode included in the switch.
  • ZVS zero voltage switching
  • the capacitance Cv is a relational expression Can be determined by.
  • the display device further includes a rectifying part connected to the resonant circuit part and the capacitance variable part to rectify an output voltage of the resonant circuit part, wherein the rectifying part is an anode at a drain terminal of the first switching element and the second switching element.
  • Each of the (Anode) terminals may be connected, and a cathode terminal may include a first diode and a second diode commonly connected to the load terminal.
  • a voltage is generated using an induced electromotive force generated by an external device, and the capacitance Cv of the resonant circuit part is adjusted to adjust a resonance point of the resonant circuit part changed by a distance from the external device. Varying and implementing an image using the voltage.
  • the resonant circuit part may include a first capacitor connected to one side of a coil part of which one terminal generates the induced electromotive force, and a second capacitor Cp connected to the other side of the coil part and the other terminal of the first capacitor,
  • the capacitance of the second capacitor may vary.
  • the varying capacitance may include controlling driving frequencies of a first switching element and a second switching element having drain terminals connected to both terminals of the second capacitance, and controlling the first switching element and the second switching element.
  • the capacitance may be varied using at least one of the duty of the signal.
  • At least one of the driving frequency and the duty may be determined according to a distance between the external device and the coil unit and whether a resonant circuit for forming a current source exists in the external device.
  • the duty according to the distance may be determined, and the capacitance may vary according to the determined duty.
  • the capacitance Cv is a relational expression Can be determined by.
  • the driving method of the display apparatus further includes a rectifying unit rectifying an output voltage of the resonant circuit unit, wherein the rectifying unit has an anode terminal at a drain terminal of the first switching element and the second switching element, respectively.
  • the first diode and the second diode may be connected to each other, and a cathode terminal is commonly connected to the load terminal.
  • an electronic device operates on an inverter for converting an input DC voltage into an AC voltage, a resonant circuit unit for generating the converted AC voltage as a current source, and a current source for the resonant circuit unit. It includes a coil unit for generating an induced electromotive force.
  • FIG. 1 is a view showing an image processing system capable of wireless power transmission and reception according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an image processing system according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a detailed structure of the wireless power transmitter shown in FIG. 2;
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a detailed structure of the wireless power receiver of FIG. 2;
  • IPTS voltage source input magnetic induction system
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of frequency scanning for identifying a distance between a transmitter and a receiver during initial driving
  • FIG. 12 is an exemplary diagram of waveforms for ZVS operation of a high frequency operation switch
  • 13 is a view showing an example of the output power characteristics when the variable switching capacitor is not applied when the distance changes;
  • FIG. 14 is a view showing an example of the output characteristics according to the duty change of the variable switching capacitor for each distance;
  • 15 is a diagram illustrating an example of an output characteristic according to a change in operating frequency for each duty of a VSC
  • 16 is a flowchart illustrating a driving process of a display apparatus according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • 17 is a flowchart illustrating a driving process of an electronic device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an image processing system capable of wireless power transmission and reception according to an embodiment of the present disclosure.
  • an image processing system 90 includes a sound output device 100 and a display device 110.
  • the sound output device 100 includes a wireless power transmission device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the sound output device 100 exemplifies peripheral devices positioned around the display device 110, and may be replaced with various devices such as a set top box (STB), a BD player, and an access point (AP).
  • STB set top box
  • AP access point
  • the sound output device 100 may be connected to a power outlet in which a power line provides a commercial power source (for example, commercial power within a range of 85 to 265 V), and the audio output device 100 may supply commercial power to the display device 110.
  • the conversion is performed to the display device 110 stably.
  • the display apparatus 110 is installed while maintaining a predetermined distance (for example, in the range of 10 to 70 cm) with the sound output device 100 in order to achieve efficient power transmission in a specific space.
  • the audio output device 100 performs initial driving to transmit the appropriate power to the display device 110 according to the distance d between the two devices. It is a kind of setting operation process between two devices.
  • the sound output device 100 measures the distance between the two devices, and if the measurement result distance is within a preset range, that is, within the threshold distance, the sound output device 100 performs an appropriate operation in connection with the display device 110.
  • the voltage gain between the transceivers decreases due to frequency splitting, so that the audio output device 100 notifies the display device 110 of this, and the display device 110 decreases.
  • the duty ratio of the PWM / DC converter can be adjusted. Other details will be discussed later.
  • the sound output apparatus 100 may change the driving scheme of, for example, a variable high frequency inverter instead of adjusting the frequency / duty ratio. For example, a half bridge inverter can be converted to a full bridge inverter.
  • the inverter does not perform the operation according to the distance measurement and the inverter at the preset operating frequency. Can be operated. Therefore, the above description is not particularly limited. More details will be covered later.
  • the display apparatus 110 includes a wireless power receiver.
  • the wireless power receiver receives the power transmitted wirelessly from the wireless power transmitter to operate the display apparatus 110.
  • the wireless power receiver may adjust the duty ratio during PWM control of the DC / DC converter according to the distance from the wireless power transmitter.
  • the display apparatus 110 varies the duty ratio of the first switching element and the second switching element so as to reach the target power by varying the resistance value of the load resistance (or the effective resistance) and thus the second capacitor Cp value. Will be controlled.
  • the one that drives the converter in the half bridge method may be configured in the full bridge method.
  • it may be operated with a specified duty, but the sound output device 100 may be requested to change the operating frequency of the inverter.
  • the duty variable may be performed by sensing the voltage output from the rectifier and comparing it with a previously stored target voltage.
  • the pre-stored voltage value may mean a value preset by an experiment or the like. Therefore, in the embodiments of the present disclosure, the above operations will not be particularly limited in what manner the operations are performed.
  • the display device 110 does not change the operating frequency of the inverter or change the effective resistance Re of the DC / DC converter to obtain a desired target voltage (or power), the switching operation of the rectifier as described above. You can also get the desired target voltage.
  • the display device 110 adjusts the capacitance of the capacitor located in front of the rectifier by connecting and controlling the plurality of diodes and the switching element.
  • the resonance point changed according to the distance from the sound output device 100 and the changed voltage due to the changed resonance frequency according to the variation of the resonance point can be compensated for.
  • the duty of the control signal of the switching element may be set differently according to the distance, but may also be set differently depending on whether the acoustic output device 100 includes a resonant circuit for changing the voltage source into a current source.
  • the image processing system 90 is to achieve a stable power transmission irrespective of the distance between the wireless power transceiver.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an image processing system according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the image processing system 190 may include an image relay device 200 and a display device 210.
  • the video relay device 200 represents a peripheral device such as a set top box (STB), a BD (Bluray) player, or a repeater (ex. AP). If the image relay apparatus 200 does not perform an image processing operation, since the image relay apparatus 200 performs only a role of transmitting power to the display apparatus 210 by receiving commercial power, in this case, the image relay apparatus 200 may be referred to as a power transmission apparatus. will be.
  • the video relay device 200 may include an interface unit 201 and a wireless power transmitter 203 as a set top box.
  • the interface unit 201 may function as an image board such as a graphic card, for example, converting image data input from the outside into a resolution suitable for the resolution of the display device 210 and outputting the image data.
  • the image data may include, for example, 8 or more bits of R, G, and B video data, and the interface unit 201 may include a clock signal DCLK and a vertical / horizontal synchronization signal Vsync suitable for the resolution of the display device 210. , Hsync).
  • the interface unit 201 provides the vertical / horizontal synchronization signal and the image data to the controller 211.
  • the data transmission from the interface unit 201 to the controller 211 may be wireless, but the data transmission from the interface unit 201 to the controller 211 may be performed via a wire, such as a USB cable, and the like.
  • the interface unit 201 may include a tuner for receiving a specific broadcast program provided by a broadcasting station, a demodulator for demodulating the video signal input through the tuner, a demultiplexer for separating the demodulated video signal into video / audio data and additional information, and separation. And a decoding unit for decoding the decoded video / audio data, and an audio processing unit for converting the decoded audio data into a format suitable for a speaker.
  • the control unit (ex. MCU) for overall control of these operations may be provided. It may include.
  • the wireless power transmitter 203 generates a voltage required by the display apparatus 210 using a commercial power source within a range of 85 to 265V.
  • the generated voltage is wirelessly transmitted to the display device 210, more precisely, the wireless power receiver 216.
  • the power transmission may actually mean that the power of the wireless power transmitter 203 is generated or changed by the power generation and the change of the wireless power transmitter 203 rather than actually transmitting any information.
  • This is, for example, the same principle that the induced electromotive force is generated in the secondary coil when current flows in the primary coil (or inductor) of the transformer.
  • the wireless power transmitter 203 may perform an appropriate operation according to a location where the user installs the image relay device 200 and the display device 210.
  • the wireless power transmitter 203 transmits the wireless power receiver 216 to the wireless power receiver 216 at a magnitude of the first voltage if the wireless power receiver 216 is within a preset range, and if it is out of the range, the wireless power transmitter 203 has a magnitude of the second voltage.
  • Can transmit For example, when the distance is close, the first voltage may be transmitted with a 400V DC voltage, and when the distance is out of the set value, a DC voltage of 200V may be transmitted.
  • the wireless power transmitter 203 may apply a variable high frequency inverter to select and drive a full bridge inverter and a half bridge inverter. More details will be covered later.
  • the display device 210 may include a controller 211, a scan driver 212, a data driver 213, a display panel 214, a discharge performer 215, and a wireless power receiver 216. May include some or all of
  • the controller 211 generates a control signal for controlling the scan driver 212 and the data driver 213 to display the RGB image data input from the interface unit 201 on the display panel 214.
  • the controller 211 may express grayscale information of R, G, and B data using a logic voltage Vlog provided from the wireless power receiver 216. For example, when grayscale information of R is generated using a logic voltage of 3.3V, 8V information '10001001' may be generated by representing 3.3V as 1 and OV as O.
  • the controller 211 is a gate control signal for controlling the scan driver 212 and includes a gate shift clock (GSC), a gate output enable (GOE), and a gate start pulse (GSP). ) May be generated.
  • GSC gate shift clock
  • GOE gate output enable
  • GSP gate start pulse
  • the GSC is a signal for determining the time when the switching device connected to the light emitting device such as R, G, B LED (or OLED) is turned on / off, and the GOE controls the output of the scan driver 212.
  • the GSP may correspond to a signal indicating a first driving line of the screen among one vertical synchronization signal.
  • the controller 211 may generate a source sampling clock (SSC), a source output enable (SOE), a source start pulse (SSP), and the like as a data control signal.
  • SSC source sampling clock
  • SOE source output enable
  • SSP source start pulse
  • the SSC is used as a sampling clock for latching data in the data driver 230
  • the SOE transfers data latched by the SSC to the display panel 214.
  • the SSP is a signal indicating the start of latching or sampling of data during one horizontal synchronizing period.
  • the controller 211 is the IC and data signal, S CLK (serial data shift clock), LAT, G CLK (Grayscale (GS) pulse width modulation (PWM) reference clock) and the like can be configured to process.
  • the data signal is grayscale data of R, G, and B.
  • the S CLK is a signal for shifting the data input to the data driver 213 into a shift register (ex. 48-bit common shift register, MSB) in synchronization with the rising edge of the S CLK. Data stored in the shift register is shifted to the MSB at each S CLK rising edge.
  • the LAT is also a signal for latching data from the MSB to memory (ex. GS data memory) on the falling edge.
  • G CLK is a signal for incrementing the GS counter by one on each G CLK rising edge for PWM control.
  • the controller 211 may include a control signal generator (not shown), a data reordering unit (not shown), and the like.
  • the control signal generator assumes that the time for displaying the unit frame image on the display panel 213 is 16.7 ms, the control signal generator generates a control signal to display the unit frame image within the corresponding time.
  • the data rearranging unit may reprocess the input RGB image data to the display panel 214. For example, an operation of converting 8-bit data into 64-bit or the like may be performed.
  • the scan driver 212 receives the gate on / off voltage Vdd / Vss provided from the wireless power receiver 216 and applies the corresponding voltage to the display panel 214 under the control of the controller 211.
  • the gate off voltage is designed as the ground voltage.
  • the gate-on voltage Vdd is sequentially provided to the display panel 214 from scan line 1 GL1 to scan line NGLn to implement a unit frame image.
  • the scan driver 212 operates in response to the scan signal generated by the controller 211 according to the exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the scan driver 212 may include a power supply voltage source and a switching device connected to each scan line as shown in FIG. 2.
  • such a switching element may use a TFT element, but may also use a transistor TR and a MOSFET.
  • the data driver 213 converts R, G, and B video data provided in serial from the controller 211 into parallel, and converts the digital data into an analog current or a duty-on current (ex. Pulse current).
  • the video data corresponding to one horizontal line can be provided to the display panel 214 simultaneously and sequentially for each horizontal line.
  • the digital information of the video data provided from the controller 211 is converted into an analog current capable of expressing the gradation of color and provided to the display panel 214.
  • the analog current may be a pulsed current.
  • the data driver 213 may also output unit frame data in synchronization with the gate signal provided to the scan driver 212.
  • the gist of the present disclosure may be obscured and will be omitted.
  • the configuration of the data driver 213 may be variously configured depending on whether the light emitting device is driven with a constant current or a constant voltage.
  • the data driver 213 may use a TLC5958 series IC manufactured by Texas Instruments.
  • the display panel 214 crosses each other to form a plurality of scan lines and data lines for defining pixel regions, and R, G, and B light emitting devices such as LEDs (or OLEDs) are formed in the intersecting pixel regions. .
  • R, G, and B light emitting devices such as LEDs (or OLEDs) are formed in the intersecting pixel regions.
  • the light emitting device is provided through a data line connected to the corresponding scan line provided with the power supply voltage. They generate a current corresponding to their gray level information.
  • the display panel 214 according to the exemplary embodiment of the present disclosure adjusts the brightness according to the amount of charge flowing through the current path, thereby displaying an image.
  • the embodiment of the present disclosure will not be particularly limited to the above.
  • the discharge performer 215 discharges parasitic charges from the parasitic capacitor of each scan line to ground when each scan line of the display panel 214 is discharged.
  • the discharge performing unit 215 may be controlled by the controller 211.
  • the control point is made between the time when the power supply voltage Vdd provided to the scan line 1 is cut off and the power supply voltage is provided to the scan line 2.
  • the wireless power receiver 216 includes a switching rectifier capable of switching the rectifier according to the exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the wireless power receiver 216 controls the switching element of the switching rectifier, for example, performs a ZVS operation to adjust the capacitance of the capacitors connected in parallel and positioned at the front end of the switching rectifier, and the variation of the capacitance is the wireless power receiver 216.
  • a ZVS operation to adjust the capacitance of the capacitors connected in parallel and positioned at the front end of the switching rectifier, and the variation of the capacitance is the wireless power receiver 216.
  • the wireless power receiver 216 generates the first voltage (eg, DC 200V) and the second voltage (eg, DC 13V) through the converter to convert the voltage generated by each function block (eg, display panel, driver, etc.).
  • the wireless power receiver 216 may generate and provide a voltage of DC 3.3V as a logic voltage to express gray scale for the controller 211, and a gate-on voltage Vdd for the scan driver 220.
  • various sizes of voltages may be generated and provided, for example, to generate a DC 4.5V voltage.
  • the wireless power receiver 216 may generate a Vcc voltage (eg, DC 13V) input to the IC. .
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a detailed structure of the wireless power transmitter shown in FIG. 2.
  • the wireless power transmitter 203 may include a filter unit 300, a PFC unit 310, a converter 320, a switching unit 330, a regulator 340, a controller 350, and an inverter. 360, part or all of the resonant circuit 370 and the primary coil unit 380.
  • the wireless power transmitter 203 may be formed as a stand-alone type of individual device, and "comprising some or all” means the converter 320, the switching unit 330 and the regulator 340, and the resonant circuit unit. Some elements, such as 370, may be omitted, and the like, and the present invention will be described as being included in order to fully understand the present disclosure.
  • the filter unit 300 rectifies and smoothes the input commercial power and outputs the DC voltage at a predetermined level.
  • Half-wave or full-wave rectifier circuits may be used for rectification, and capacitors may be connected in parallel to the output of the rectifier circuit for smoothing.
  • the PFC unit 310 changes the voltage output from the filter unit 300 to a voltage of DC 400V through the converter and outputs the voltage.
  • the PFC unit 310 may include a fly-back converter.
  • the converter 320 receives the smoothing voltage output from the filter unit 300 to generate a DC voltage of 13V and provides the converted voltage to the switching unit 330 and the regulator 340.
  • the switching unit 330 outputs a first voltage of DC 13V or a second voltage of DC 400V selected under the control of the first controller 350.
  • the regulator 340 performs an operation for providing a stabilized voltage to the first controller 350. In other words, the regulator 340 is to improve the ripple (output) in the output voltage.
  • the first controller 350 automatically or by a command of a system designer or a user, displays the video relay device 220 and the display device.
  • the distance between 210 and, more precisely, the distance between the wireless power transmitter 203 and the wireless power receiver 216 in FIG. 2 is measured.
  • the first controller 350 controls the switching unit 330 to output a DC 13V voltage to the inverter 360.
  • the DC 13V voltage may correspond to a voltage for distance measurement.
  • the first controller 350 senses the current of the inverter 360 to measure the distance between the two devices. For example, it may be determined that the operating frequency and the distance are determined by determining whether the current value of the sensed current matches the stored current value.
  • the first controller 350 may perform a down scanning or up scanning operation to measure a distance.
  • the down scanning is to determine the distance by operating the wireless power transmitter 203 at the maximum frequency in a given range and gradually decreasing the frequency to determine the frequency at which the current is sensed.
  • the first control unit 350 since the first control unit 350 already stores the distance information matched to the frequency, the first control unit 350 determines the distance.
  • the first control unit 350 may measure the distance even by the up scanning method. In other words, it finds a point where the current value is maximized while sequentially increasing the operating frequency in a given range. The distance is determined based on the determined maximum current value.
  • the distance information is set to match the maximum current value, it can be regarded as a search and determination.
  • the first controller 350 controls the switching unit 330 to output a voltage of DC 400V to the inverter 360. This starts the wireless power operation.
  • the inverter 360 converts the input voltage of DC 400V into alternating current and outputs it.
  • the inverter 360 may include a PWM circuit to enable PWM control by the first controller 350.
  • the first controller 350 may control the inverter 360 to adjust the operating frequency and the duty on time. When the distance measurement is completed, the first controller 350 may operate the determined operating frequency and the duty ratio at a fixed value. Since the PWM circuit is well known, further description thereof will be omitted.
  • the inverter 360 may include a variable high frequency inverter.
  • a push-pull type inverter may be possible.
  • the inverter 360 may drive a full bridge inverter or a half bridge inverter according to the distance.
  • the full bridge method since one more half bridge switching device is configured, in the embodiment of the present disclosure, only half of the inverter 360 is conveniently driven by driving only the switching elements corresponding to one pole in the full bridge method. It can be operated in a bridged manner.
  • the resonant circuit unit 370 may be configured to generate a current source, but may be omitted and configured according to an embodiment of the present disclosure.
  • the resonant circuit unit 370 may include an LC parallel resonant circuit for generating a current source, but if the current source can be generated, the resonant circuit unit 370 may be changed to various circuits in addition to the LC parallel resonant circuit.
  • a zero voltage switching (ZVS) unit may be configured at an output terminal of the resonance circuit unit 370.
  • the ZVS section includes a ZVS element (filter).
  • the ZVS unit operates when the distance between the wireless power transmitter 203 and the wireless power receiver 216 is close. If the distance between the wireless power transmitter 203 and the wireless power receiver 216 is too close, this reduces the gain for power transmission. As a result, the display device 210 cannot obtain the desired power.
  • the above zero voltage is too close (ex. 30 cm) so that the coil of the primary coil unit 380 is affected by the coil of the secondary coil unit 400 and the mutual inductance increases, so that the current flows to the primary coil. It is caused by not flowing well. As a result, power transmission is not performed properly. At this time, it can be seen that the ZVS unit can maintain the efficiency of power transmission by allowing a current to flow through the ZVS element.
  • the primary coil unit 380 includes a coil, that is, an inductor, and in a situation in which the ZVS unit 370 does not operate, current generally flows in the primary coil, thereby generating induced electromotive force in the wireless power receiver 216. do.
  • the wireless power transmitter 203 of FIG. 2 may have a structure as shown in FIG. 5. Details will be described with reference to FIG. 5.
  • FIG. 3 illustrates a predetermined operating frequency by determining an operating frequency in the wireless power transmitter 203 through a frequency scanning operation in order to measure the distance between the wireless power transmitter 203 and the wireless power receiver 216.
  • the inverter may be usefully applied to a method of allowing the wireless power receiver 216 to maintain a constant target power.
  • the resonant circuit unit 370 may be omitted, and instead, a ZVS device may be configured.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a detailed structure of the wireless power receiver of FIG. 2.
  • the wireless power receiver 216 includes a second coil unit 400, a rectifier 410, a smoothing circuit unit 420, a converter unit 430, and an overvoltage detector ( 440, a part or all of the second control unit 450 and the switching unit 460.
  • the secondary coil unit 400 includes a coil, that is, an inductor, and the induced electromotive force is generated by a voltage applied to the primary coil unit 380 of the wireless power transmitter 203 or a current flowing in the primary coil.
  • This induced electromotive force has units of voltage.
  • the rectifying unit 410 and the smoothing circuit unit 420 rectify and smooth the AC voltage provided from the secondary coil unit 400 again to convert the DC voltage.
  • the converter 430 includes a DC-DC converter, and generates and outputs DC 200V and DC 13V voltages.
  • a voltage of DC 200V is provided to drive the LED string configured in the display panel 214 of FIG. 2.
  • the DC 13V may be used as a Vcc power supply of the controller 211 or the scan and data driver 213.
  • the DC-DC converter constituting the converter unit 430 is PWM controlled, and the duty ratio may be adjusted according to the distance.
  • the converter unit 430 may operate in three ways. In other words, when the operating frequency of the inverter 360 is determined according to the distance in the wireless power transmitter 203 of FIG. 3, the wireless power transmitter 203 may operate with a preset duty without additional duty adjustment.
  • the converter unit 430 operates by adjusting the duty according to the distance.
  • the distance can be measured by sensing the current output from the converter 430 and comparing it with a preset value.
  • the duty can be adjusted by using previously stored duty information matching the distance according to the measurement result. Furthermore, when the distance becomes too close, it is possible to adjust the duty with the change of the operating frequency of the inverter.
  • the overvoltage detector 440 detects when the voltage applied from the second coil unit 400 to the rectifier 410 is overvoltage and transmits the detected voltage to the second controller 450. Then, the second controller 450 may temporarily block the voltage applied to the rectifier 410, for example.
  • the second controller 450 controls the converter 430 according to a request of the wireless power transmitter 203. For example, if the converter unit 430 needs to adjust the duty to adjust the (input) effective resistance, the second controller 450 controls the converter unit 430 with the adjusted duty by adjusting the duty ratio. do.
  • the second controller 450 may switch the DC 13V so that the DC 13V voltage is not output during the initial driving or the scanning operation for the distance measurement after the image relay apparatus 200 and the display apparatus 210 of FIG. 2 are installed. Keep 460 off. Subsequently, when it is determined that the scanning operation is completed by sensing the current output from the converter 430, the switching unit 460 is turned on so that a voltage of DC 13V may be output.
  • the wireless power receiver 216 generates a stable voltage required by the display device 210.
  • the stable voltage may affect the image quality of the display panel 214.
  • FIG. 5 is an overall IPTS circuit diagram in which a variable switching capacitor (or a switching rectifier) is applied to a receiver
  • FIG. 6 is a circuit diagram and an equivalent circuit diagram of a variable switching capacitor applying circuit
  • FIG. 5 is an overall IPTS circuit diagram in which a variable switching capacitor (or a switching rectifier) is applied to a receiver
  • FIG. 6 is a circuit diagram and an equivalent circuit diagram of a variable switching capacitor applying circuit
  • the wireless power transmitter 203 of FIG. 2 may include a filter unit 500, a rectifier 510, a PFC unit 520, an inverter 530, and a resonance unit.
  • the wireless power receiver 216 includes a secondary coil unit 560, switching rectifier 570.
  • the switching rectifier 570 includes a high frequency operation switch (or capacitor variable part) at the lower end of the rectifier, so that the effective capacitance Cv can be generated by adjusting the switching duty (ratio).
  • the "effective capacitance” means the changed capacitance of the capacitor Cp (or the second capacitor) which is connected in parallel to the front end of the switching rectifier 570.
  • the effective capacitance can be adjusted according to the distance between the wireless power transmitter 203 and the wireless power receiver 216.
  • it is possible to adjust the resonant frequency of the output stage resonant circuit of the distorted secondary coil unit 560. Means that. Through this, it can be seen that enables the electrostatic power control.
  • the wireless power transmission unit 203 may include a resonant circuit unit 540 for changing the voltage source into a current source to allow a constant current to flow in the primary coil unit 550.
  • the wireless power receiver 216 may control the operation of the switching rectifier 570 by considering only the effective capacitance according to the change in inductance of the secondary coil unit 560.
  • the switching device may generate the above effective capacitance by changing the switching duty and / or the switching frequency.
  • a resonant capacitor C 1 is connected between the resonant circuit unit 540 and the primary coil unit 550, and the secondary coil unit 560 is connected to the wireless power receiver 216.
  • the resonance capacitor C 2 (or the first capacitor) is connected between the switching rectifier 570 and the switching rectifier 570.
  • C 1 and C 2 are configured as a series resonant capacitor, but embodiments of the present disclosure are not limited thereto and may be configured in series or parallel, respectively.
  • the LC parallel resonance filter is applied to generate a current source in FIG. 5, this may not be applied, and various types of circuits may be applied.
  • the switching rectifier 370 may be divided into a rectifier and a switching unit (or a capacitor variable unit).
  • the switching unit includes first and second switching elements, wherein drain terminals of the first and second switching elements are respectively connected to both ends of the capacitor Cp, and drain terminals of the first and second diodes are respectively connected. It is connected to each of the anode terminals.
  • the source terminals of the first and second switching elements are connected in common and are connected to the load terminal.
  • the cathode terminals of the first and second diodes are also connected to the load terminal.
  • first and second control signals are input to the gate terminals of the first and second switching elements, respectively.
  • a high frequency operation switch is connected to a lower end of an AC-DC rectifier connected to a resonant capacitor to change the switching duty D so as to adjust the effective capacitance Cv (see FIGS. 6 and 7).
  • the input / output voltage gain can be obtained as in Equation 2, and the output can be controlled through Cv variable (or duty variable).
  • the wireless power transmission system using the variable switching capacitor when the LC resonant filter is applied will be analyzed.
  • FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of a VSC IPTS applying a gyrator model
  • FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of applying a Thevenin circuit of L 1 and C 1 and L 2 and C 2 in a completely resonant state
  • FIG. 11 is a final equivalent circuit proposed in an embodiment of the present disclosure.
  • the final equivalent circuit of the IPTS proposed by L 1 and C 1 and L 2 and C 2 at full resonance (or partial resonance) is an RLC parallel resonance circuit as shown in FIG. 11.
  • the output power of the receiving end can be controlled, and the equivalent circuit can be made as shown in FIG. 11 by appropriately designing the resonance conditions of the transmitting and receiving end even without applying or applying a parallel resonance filter of La and Ca. .
  • Equation 3 to 6 the final equivalent circuit proposed by the present disclosure may be expressed as an equation, and may be represented by Equations 3 to 6.
  • Xa is designed to be negative.
  • FIG. 12 is an exemplary diagram of waveforms for ZVS operation of a high frequency operation switch.
  • the switch in advance before the corresponding operating range for the zero voltage switching (SVS) of the S 1 and S 2 switch implemented in the variable switching capacitor It is turned on to remain on for a preset period (tm) and then to turn off.
  • S 1 , S 2 the switch in advance before the corresponding operating range for the zero voltage switching (SVS) of the S 1 and S 2 switch implemented in the variable switching capacitor It is turned on to remain on for a preset period (tm) and then to turn off.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an output power characteristic when a variable switching capacitor is not applied when a distance is changed.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of an output characteristic according to a duty change of a variable switching capacitor for each distance. It is a figure which shows the example of the output characteristic according to the change of the operating frequency by duty of VSC.
  • the transceiver unit 203, 216 by applying a variable switch capacitor method as in the embodiment of the present disclosure It can be seen that the constant power output control is possible with the target power (ex. 100W) when the distance between the two is changed.
  • 16 is a flowchart illustrating a driving process of a display apparatus according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the display apparatus 210 receives a voltage wirelessly from an external device, for example, the image relay apparatus 200 (S1600).
  • receiving a voltage includes generating a voltage corresponding to induced electromotive force generated by an external device located at a specified distance.
  • the display device 210 adjusts the resonant frequency of the resonant circuit determined by the distance to the external device through the capacitance variation of the resonant circuit (S1610).
  • the resonance point of the resonant circuit is changed by distance, which means a change in the resonance frequency. Therefore, in order to generate the target power, it is necessary to adjust the changed resonance frequency to a predetermined value.
  • the capacitance of the resonant circuit is varied.
  • the variable capacitance is named effective capacitance Cv according to the embodiment of the present disclosure.
  • the display apparatus 210 adjusts the received voltage to a target voltage based on the adjusted resonant frequency and outputs the output voltage to the display panel (S1620).
  • the resonant frequency is changed by distance, it may be regarded that the output power compared to the input power does not satisfy the preset condition. Accordingly, in the embodiment of the present disclosure, it is possible to return a predetermined condition to obtain a desired target power, such as a voltage.
  • 17 is a flowchart illustrating a driving process of an electronic device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the electronic device for example, the image relay device 200 according to an exemplary embodiment of the present disclosure processes at least one of video and audio signals in cooperation with the display device 210. (S1700).
  • the electronic device when the electronic device is the sound output device 110 as shown in FIG. 1, the electronic device may receive and output an audio signal from the display device 100.
  • the electronic device changes the commercial power input from the outside into a current source (S1710). This may be possible by constructing an LC parallel resonant circuit in front of the primary coil portion of the electronic device.
  • the electronic device operates the coil unit, that is, the primary coil unit, as a constant current source regardless of the distance to the display device 210 to wirelessly transmit the voltage to the display device 210 (S1720).
  • the display device 210 When operating as a constant current source as described above, a constant voltage is generated in the primary coil unit, and accordingly, the display device 210 generates the target power by considering only the variable according to the change in inductance of the secondary coil unit according to the distance. Since the target power may be easily generated.
  • the present disclosure is not necessarily limited to these embodiments.
  • all of the components may be selectively operated in combination with one or more.
  • each or some of the components of the components are selectively combined to perform some or all functions combined in one or a plurality of hardware. It may be implemented as a computer program having a. Codes and code segments constituting the computer program may be easily inferred by those skilled in the art of the present disclosure.
  • Such a computer program may be stored in a computer-readable non-transitory computer readable media to be read and executed by a computer, thereby implementing an embodiment of the present disclosure.
  • the non-transitory readable recording medium refers to a medium that stores data semi-permanently and can be read by a device, not a medium storing data for a short time such as a register, a cache, or a memory.
  • the above-described programs may be stored and provided in a non-transitory readable recording medium such as a CD, a DVD, a hard disk, a Blu-ray disk, a USB, a memory card, a ROM, or the like.

Landscapes

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Abstract

본 개시는 디스플레이 장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 전자장치에 관한 것으로서, 본 개시의 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 외부 장치에 의해 발생된 유도 기전력을 이용하여 전압을 생성하는 공진 회로부, 외부 장치와의 거리에 의해 변경된 공진 회로부의 공진점을 조정하기 위해 공진 회로부의 커패시턴스(Cv)를 가변하는 커패시턴스 가변부, 및 전압을 이용하여 화상을 구현하는 표시 패널을 포함할 수 있다.

Description

디스플레이 장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 전자장치
본 개시는 디스플레이 장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 전자장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가령 DTV와 같은 디스플레이 장치가 그 주변장치와의 거리에 관계없이 전력을 수신하여 목표 전력을 일정하게 유지하는 디스플레이 장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 전자장치에 관한 것이다.
무선전력전송(wireless power transfer)은 선 없이 전력을 전송할 수 있는 기술을 가리킨다. 언제 어디서나 무선 어댑터만 있으면 인터넷에 접속할 수 있는 와이파이(Wi-Fi) 기술에 비유해 와이파워(Wi-power)라고도 한다.
스마트폰 무선충전에 활용되는 자기유도(Inductive Power Transfer System, IPTS) 방식, 전기차, 고속철 등에 활용이 추진되고 있는 자기공진(Coupled Magnetic Resonance System, CMRS) 방식, 그리고 우주태양광발전에 활용하기 위해 기술을 개발 중인 원거리 마이크로파 방식 등이 있다.
최근 들어서는 유선의 거추장스러움을 개선하고, 인테리어 측면에서 이러한 기술을 TV와 같은 디스플레이 장치에 적용해 보려는 욕구가 발현하고 있다.
물론 위의 기술을 그대로 TV에 적용할 수 있겠지만, TV의 특성상 벽걸이용으로 사용하는 경우 사용자들마다 다양한 공간에 다양한 형태로 설치될 수 있기 때문에 이로 인해 안정된 전력 전송이 어려운 문제가 발생하게 된다.
본 개시의 실시예는 가령 DTV와 같은 디스플레이 장치가 그 주변장치와의 거리에 관계없이 전력을 수신하여 목표 전력을 일정하게 유지하는 디스플레이 장치 및 그 장치의 구동방법, 그리고 전자장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 개시의 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 고주파 동작 인버터 및 송신 코일(혹은 제1 코일부)이 포함된 외부 장치에 의해 발생된 자기장을 통해 유도 기전력을 이용하여 전력을 수신하는 공진 회로부, 상기 외부 장치와의 거리에 의해 변경된 상기 공진 회로부의 공진점을 조정하기 위해 상기 공진 회로부의 커패시턴스(Cv)를 가변하는 커패시턴스 가변부, 및 상기 전압을 이용하여 화상을 구현하는 표시 패널을 포함한다.
상기 공진 회로부는, 일측 단자가 상기 유도 기전력을 발생시키는 코일부의 일측에 연결된 제1 커패시터, 및 상기 코일부의 타측과 상기 제1 커패시터의 타측 단자에 연결된 제2 커패시터(Cp)를 포함하며, 상기 제2 커패시터의 커패시턴스가 가변될 수 있다.
상기 커패시턴스 가변부는, 상기 제1 커패시터의 타측 단자에 드레인 단자가 연결되고, 게이트 단자에 제1 제어신호가 입력되는 제1 스위칭소자, 및 상기 코일부의 타측에 드레인 단자가 연결되고, 소스 단자가 상기 제1 스위칭소자에 연결되며, 게이트 단자에 제2 제어신호가 입력되는 제2 스위칭소자를 포함한다.
상기 외부 장치와 상기 코일부의 거리 및 상기 외부 장치에 전류원을 형성하는 공진 회로가 존재하는지의 여부에 따라 상기 제1 스위칭소자와 상기 제2 스위칭소자의 구동 주파수 및 상기 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호의 듀티 중 적어도 하나가 결정될 수 있다.
상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭소자가 서로 상반되게 동작하는 구간에서 상기 거리에 따른 상기 듀티(D)가 결정되며, 상기 결정된 듀티에 따라 상기 커패시턴스가 가변될 수 있다.
상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭소자는 스위치에 포함된 다이오드의 역방향으로 전류가 흐르는 구간 동안 미리 스위치를 온(ON)시켜, ZVS(Zero Voltage Switching) 동작을 수행할 수 있다.
상기 커패시턴스(Cv)는, 관계식
Figure PCTKR2017007673-appb-I000001
에 의해 결정될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 상기 공진 회로부와 상기 커패시턴스 가변부에 연결되어 상기 공진 회로부의 출력 전압을 정류시키는 정류부를 더 포함하며, 상기 정류부는, 상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 드레인 단자에 애노드(Anode) 단자가 각각 연결되고, 캐소드(Cathod) 단자가 부하단에 공통으로 연결되는 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 장치의 구동방법은 외부 장치에 의해 발생된 유도 기전력을 이용하여 전압을 생성하는 단계, 상기 외부 장치와의 거리에 의해 변경된 상기 공진 회로부의 공진점을 조정하기 위해 상기 공진 회로부의 커패시턴스(Cv)를 가변하는 단계, 및 상기 전압을 이용하여 화상을 구현하는 단계를 포함한다.
상기 공진 회로부는, 일측 단자가 상기 유도 기전력을 발생시키는 코일부의 일측에 연결된 제1 커패시터, 및 상기 코일부의 타측과 상기 제1 커패시터의 타측 단자에 연결된 제2 커패시터(Cp)를 포함하며, 상기 제2 커패시터의 커패시턴스가 가변될 수 있다.
상기 커패시턴스를 가변하는 단계는, 상기 제2 커패시턴스의 양단자에 드레인 단자가 각각 연결된 제1 스위칭소자 및 제2 스위칭소자의 구동 주파수와, 상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭소자를 제어하는 제어 신호의 듀티 중 적어도 하나를 이용하여 상기 커패시턴스를 가변할 수 있다.
상기 구동 주파수 및 상기 듀티 중 적어도 하나는 상기 외부 장치와 상기 코일부의 거리 및 상기 외부 장치에 전류원을 형성하는 공진 회로가 존재하는지의 여부에 따라 결정될 수 있다.
상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭소자가 서로 상반되게 동작하는 구간에서 상기 거리에 따른 상기 듀티가 결정되며, 상기 결정된 듀티에 따라 상기 커패시턴스를 가변할 수 있다.
상기 커패시턴스(Cv)는, 관계식
Figure PCTKR2017007673-appb-I000002
에 의해 결정될 수 있다.
상기 디스플레이 장치의 구동방법은 정류부가, 상기 공진 회로부의 출력 전압을 정류시키는 단계를 더 포함하며, 상기 정류부는 상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 드레인 단자에 애노드(Anode) 단자가 각각 연결되고, 캐소드(Cathod) 단자가 부하단에 공통으로 연결되는 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함할 수 있다.
한편, 본 개시의 실시예에 따른 전자장치는, 입력된 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 인버터, 상기 변환된 AC 전압을 전류원으로 생성하는 공진 회로부, 및 상기 공진 회로부의 전류원에 동작하여 디스플레이 장치에 유도 기전력을 발생시키는 코일부를 포함한다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 무선전력 송수신이 가능한 영상처리시스템을 나타내는 도면,
도 2는 본 개시의 다른 실시예에 따른 영상처리시스템을 나타내는 도면,
도 3은 도 2에 도시된 무선전력전송부의 세부 구조를 예시하여 나타낸 블록다이어그램,
도 4는 도 2의 무선전력수신부의 세부 구조를 예시하여 나타낸 블록다이어그램,
도 5는 전압원 입력 자기유도시스템(IPTS)의 거리 변화에 따른 출력 전력 및 효율 특성을 나타내는 도면,
도 6은 부하 동작 전(RL = ∞) 초기 상황하의 IPTS의 등가 회로도,
도 7은 초기 구동시 송수신부 간 거리 식별을 위한 주파수 스캐닝의 예를 나타내는 도면,
도 8은 자이레이터 모델을 적용한 VSC IPTS 등가 회로도,
도 9는 L1과 C1 및 L2와 C2가 완전 공진 상태의 테브낭 회로를 적용한 등가 회로도,
도 10은 자이레이터 적용 등가 회로도,
도 11은 본 개시의 실시예에서 제안하는 최종 등가 회로도,
도 12는 고주파 동작 스위치의 ZVS 동작을 위한 파형의 예시도,
도 13은 거리 변화시 가변 스위칭 커패시터를 적용하지 않은 경우의 출력전력 특성의 예를 나타내는 도면,
도 14는 거리별 가변 스위칭 커패시터의 듀티 변화에 따른 출력 특성의 예를 나타내는 도면,
도 15는 VSC의 듀티별 동작 주파수 변화에 따른 출력 특성의 예를 나타내는 도면,
도 16은 본 개시의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구동 과정을 나타내는 흐름도, 그리고
도 17은 본 개시의 실시예에 따른 전자장치의 구동 과정을 나타내는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 무선전력 송수신이 가능한 영상처리시스템을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 개시의 실시예에 따른 영상처리시스템(90)은 음향출력장치(100) 및 디스플레이 장치(110)를 포함한다.
음향출력장치(100)는 본 개시의 실시예에 따른 무선전력전송장치를 포함한다. 물론 여기서 음향출력장치(100)는 디스플레이 장치(110)의 주변에 위치하는 주변장치를 예시한 것으로서, 그 이외에도 셋탑박스(STB), BD 재생기, 액세스포인트(AP) 등 다양한 장치로 대체될 수 있을 것이다. 음향출력장치(100)는 전원 라인이 상용전원(ex. 85 ~ 265V 범위 내의 상용 전원)을 제공하는 전원 콘센트에 연결될 것이고, 음향출력장치(100)는 상용전원을 디스플레이 장치(110)에 필요한 전압으로 변환하여 안정되게 디스플레이 장치(110)로 전송하게 된다. 본 개시의 실시예에서는 디스플레이 장치(110)가 DC 200V와 150W의 전력을 사용하는 것이 바람직하다.
디스플레이 장치(110)는 특정 공간에서 효율적인 전력 전송이 이루어지도록 하기 위하여 음향출력장치(100)와 일정 거리(ex. 10 ~ 70㎝ 범위 내)를 유지하여 설치된다. 이때 음향출력장치(100)는 두 장치 사이의 거리(d)에 따른 적정한 전력을 디스플레이 장치(110)로 전송하기 위한 초기 구동을 수행하게 된다. 일종의 두 장치 사이의 설정 동작 과정이라 볼 수 있다.
다시 말해, 음향출력장치(100)는 두 장치 사이의 거리를 측정하고, 측정 결과 거리가 기설정된 범위 내에 있으며, 즉 임계 거리 이내이면 디스플레이 장치(110)와 연계하여 적정 동작을 수행하게 된다. 그러나, 거리가 너무 가깝게 될 경우, 주파수 분리(Frequency Splitting)현상에 의해 송수신부간 전압이득이 감소하게 되므로, 음향출력장치(100)는 디스플레이 장치(110)로 이를 알리고, 디스플레이 장치(110)는 감소한 이득을 보상하기 위하여 PWM 방식으로 동작하는 DC/DC 컨버터의 듀티비를 조정할 수 있다. 기타 자세한 내용에 이후에 다시 다루기로 한다. 만약, 너무 가까운 경우 음향출력장치(100)는 주파수/듀티비를 조정하는 대신, 가령 가변 고주파 인버터(Convertible High-Frequency Inverter)의 구동 방식을 변경할 수 있다. 가령, 하프 브리지 인버터를 풀 브리지 인버터로 전환할 수 있는 것이다.
다만, 본 개시의 실시예에 따라 디스플레이 장치(110)가 정류부의 스위칭 동작에 따라 커패시턴스를 가변하는 동작을 수행하는 경우에는, 이러한 거리 측정에 따른 동작을 수행하지 않고, 또 기설정된 동작 주파수로 인버터를 동작시킬 수 있다. 따라서, 위의 내용에 특별히 한정하지는 않을 것이다. 자세한 내용은 이후에 좀더 다루기로 한다.
디스플레이 장치(110)는 무선전력수신장치를 포함한다. 무선전력수신장치는 무선전력전송장치에서 무선으로 전송한 전력을 수신하여 디스플레이 장치(110)를 동작시키게 된다. 무선전력수신장치는 무선전력전송장치와의 거리에 따라 DC/DC 컨버터의 PWM 제어시 듀티비를 조절할 수 있다.
두 장치 사이의 거리가 가까워지면 무선전력의 제1 코일부와 제2 코일부 간의 상호인덕턴스 증가 및 누설인덕턴스 감소로 인한 출력특성이 변하여, 원하는 목표 전력전송을 할 수 없다. 이를 감안해 디스플레이 장치(110)는 부하 저항(혹은 유효 저항)의 저항값을 변동시켜 목표 전력에 이르도록 하기 위하여 제1 스위칭소자 및 제2 스위칭소자의 듀티비를 가변하여 제2 커패시터(Cp)값을 조절하게 되는 것이다. 이의 과정에서 가령 두 장치 사이의 거리가 너무 가까워져 단순히 듀티 가변만으로 목표 전력에 이를 수 없다고 판단되는 경우에는 하프 브리지 방식으로 컨버터를 구동한 던 것을 풀 브리지 방식으로 구성시킬 수 있을 것이다. 나아가, 이와 같이 구동 방식에 의해서도 제어가 어렵다고 판단되면, 지정된 듀티로 동작하되 음향출력장치(100)로 인버터의 동작 주파수를 변경하도록 요청할 수 있다.
여기서, 듀티를 얼마로 조정해야 하는 것과 관련해 보면 단순하게는 정류기에서 출력되는 전압을 센싱하여 기저장된 목표 전압과 비교하여 듀티 가변을 수행할 수 있다. 이때 기저장된 전압값은 실험 등에 의해 기설정된 값을 의미할 수 있을 것이다. 따라서, 본 개시의 실시예에서는 상기의 동작들이 어떠한 방식이 동작으로 이루어지는 것인지 특별히 한정하지는 않을 것이다.
더 나아가, 디스플레이 장치(110)는 인버터의 동작 주파수를 변경하거나, DC/DC 컨버터의 유효저항(Re)을 변경하여 원하는 목표 전압(또는 전력)을 얻는 것이 아니라면, 위에서 언급한 대로 정류부의 스위칭 동작을 통해서 원하는 목표 전압을 얻을 수도 있다. 다시 말해, 정류부가 가령 복수의 다이오드를 포함하는 전파 정류 회로를 포함하는 경우, 복수의 다이오드와 스위칭 소자를 연결하여 이를 제어함으로써 정류부의 앞단에 위치하는 커패시터의 커패시턴스를 조정함으로써 디스플레이 장치(110)가 음향출력장치(100)와의 거리에 따라 변경된 공진점, 그리고 그 공진점의 변동에 따라 변경된 공진 주파수에 의한 변경된 전압을 보상할 수 있게 되는 것이다. 이때, 스위칭 소자의 제어 신호에 대한 듀티는 거리에 따라 다르게 설정될 수 있지만, 음향출력장치(100)가 가령 전압원을 전류원으로 변경하는 공진 회로를 포함하느냐의 여부에 따라서도 다르게 설정될 수 있다.
상기의 결과, 본 개시의 실시예에 따른 영상처리시스템(90)은 무선전력 송수신 장치 사이의 거리에 관계없이 안정된 전력 전송이 이루어지게 된다.
도 2는 본 개시의 다른 실시예에 따른 영상처리시스템을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시의 다른 실시예에 따른 영상처리시스템(190)은 영상중계장치(200) 및 디스플레이 장치(210)를 포함할 수 있다.
영상중계장치(200)는 셋탑박스(STB), BD(Bluray) 재생기 또는 중계기(ex. AP) 등의 주변 장치를 나타낸다. 만약, 영상중계장치(200)가 영상처리 동작을 수행하지 않는 경우라면, 상용전원을 제공받아 디스플레이 장치(210)로 전력을 전송하는 역할만 수행하므로, 이의 경우에는 전력전송장치라 명명될 수 있을 것이다.
본 개시의 실시예에 따른 영상중계장치(200)는 가령 셋탑박스로서 인터페이스부(201) 및 무선전력전송부(203)를 포함할 수 있다.
먼저 인터페이스부(201)는 가령 그래픽 카드와 같은 영상 보드(board)로서 외부에서 입력된 영상 데이터를 디스플레이 장치(210)의 해상도에 적합하게 변환하여 출력하는 역할을 수행할 수 있다. 여기서 영상 데이터는 가령 8 비트 이상의 R, G, B의 비디오 데이터로 구성될 수 있으며, 인터페이스부(201)는 디스플레이 장치(210)의 해상도에 적합한 클럭신호(DCLK)와 수직/수평 동기신호(Vsync, Hsync) 등의 제어 신호들을 발생한다. 이후 인터페이스부(201)는 수직/수평 동기신호 및 영상 데이터를 컨트롤러(211)에 제공한다. 인터페이스부(201)에서 컨트롤러(211)로의 데이터 전송은 무선도 가능하지만, USB 케이블 등과 같이 유선을 통해서도 얼마든지 가능하므로 본 개시의 실시예에서는 이에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
이외에도 인터페이스부(201)는 방송국에서 제공되는 특정 방송 프로그램을 수신하기 위한 튜너, 튜너를 통해 입력된 영상 신호를 복조하는 복조기, 복조된 영상 신호를 비디오/오디오 데이터 및 부가 정보로 분리하는 디멀티플렉서, 분리된 비디오/오디오 데이터를 각각 디코딩하는 디코딩부, 그리고 디코딩된 오디오 데이터를 스피커에 적합한 포맷으로 변환하는 오디오 처리부 등을 포함할 수 있으며, 이들의 동작을 전반적으로 제어하기 위한 제어부(ex. MCU)를 포함할 수 있다.
무선전력전송부(203)는 85 ~ 265V 범위 내의 상용 전원을 이용하여 디스플레이 장치(210)에서 필요한 전압을 생성한다. 그리고, 생성한 전압을 디스플레이 장치(210), 더 정확하게는 무선전력수신부(216)로 무선으로 전송한다. 여기서, 전력 전송은 사실 어떠한 정보 등을 실제로 전송한다기보다는 무선전력전송부(203)의 전력 발생 및 변동에 의해 무선전력전송부(203)의 전력이 발생 또는 변동하는 것을 의미한다고 볼 수 있다. 이는 가령, 변압기의 1차 코일(혹은 인덕터)에 전류가 흐를 때 2차 코일에 그에 따른 유도 기전력이 발생하는 원리와 같다.
본 개시의 실시예에 따라 무선전력전송부(203)는 사용자가 영상중계장치(200) 및 디스플레이 장치(210)를 설치한 위치에 따라 적절한 동작을 수행할 수 있다. 다시 말해, 무선전력전송부(203)는 무선전력수신부(216)와 기설정된 범위 내에 있다면 무선전력수신부(216)로 제1 전압의 크기로 전송하고, 범위 내를 벗어나면 제2 전압의 크기로 전송할 수 있다. 예를 들어, 거리가 가까우면 제1 전압은 400V DC 전압이 전송되고, 거리가 설정값을 벗어나면 200V의 DC 전압이 전송될 수 있다. 이러한 동작을 용이하게 하기 위하여 무선전력전송부(203)는 가변 고주파 인버터를 적용하여 풀 브리지 인버터 및 하프 브리지 인버터를 선택하여 구동할 수도 있을 것이다. 기타 자세한 내용은 이후에 좀 더 다루기로 한다.
한편, 본 개시의 실시예에 따른 디스플레이 장치(210)는 컨트롤러(211), 스캔 드라이버(212), 데이터 드라이버(213), 표시 패널(214), 방전 수행부(215) 및 무선전력수신부(216)의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
여기서, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 스캔드라이버(212) 및/또는 데이터드라이버(213) 등이 표시 패널(214)에 통합(ex. COG 방식) 또는 일체화(ex. AMOLED 등)되어 형성되거나, 방전 수행부(215) 등이 생략되어 디스플레이 장치(210)가 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 본 개시의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
컨트롤러(211)는 인터페이스부(201)에서 입력된 RGB의 영상 데이터를 표시 패널(214)에 표시하기 위하여 스캔 드라이버(212) 및 데이터 드라이버(213)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다. 또한 컨트롤러(211)는 무선전력수신부(216)에서 제공되는 논리 전압(Vlog)을 이용하여 R, G, B 데이터의 계조 정보를 표현할 수 있다. 예를 들어, 3.3V의 논리 전압을 이용하여 R의 계조 정보를 생성하는 경우, 3.3V는 1로, OV는 O으로 표현하여 8비트 정보 '10001001'을 생성할 수 있다.
컨트롤러(211)는 스캔 드라이버(212)를 제어하기 위한 게이트 제어신호로서 게이트시프트클럭(GSC: Gate Shift Clock), 게이트출력인에이블(GOE: Gate Output Enable), 게이트시작펄스(GSP: Gate Start Pulse) 등을 발생시킬 수 있다. 여기서 GSC는 R, G, B LED(혹은 OLED)와 같은 발광소자에 연결된 스위칭소자가 온/오프(On/Off) 되는 시간을 결정하는 신호이고, GOE는 스캔 드라이버(212)의 출력을 제어하는 신호이며, GSP는 하나의 수직동기신호 중에서 화면의 첫 번째 구동라인을 알려주는 신호에 해당될 수 있다.
또한 컨트롤러(211)는 데이터 제어신호로서 소스샘플링클럭(SSC: Source Sampling Clock), 소스출력인에이블(SOE: Source Output Enable), 소스시작펄스(SSP: Source Start Pulse) 등을 생성할 수 있다. 여기서 SSC는 데이터 드라이버(230)에서 데이터를 래치시키기 위한 샘플링 클럭으로 사용되며, SOE는 SSC에 의해 래치된 데이터들을 표시 패널(214)로 전달하게 된다. SSP는 1 수평동기기간 중에 데이터의 래치 또는 샘플링 시작을 알리는 신호이다.
좀더 구체적으로, 데이터 드라이버(213)가 가령 텍사스 인스트루먼트 사(社)의 TCL 5958 시리즈의 IC로 구성된다면, 본 개시의 실시예에 따른 컨트롤러(211)는 해당 IC와 데이터(data) 신호, S CLK(serial data shift clock), LAT, G CLK(Grayscale(GS) pulse width modulation(PWM) reference clock) 등의 신호를 처리할 수 있도록 구성될 수 있다. 여기서, 데이터 신호는 R, G, B의 계조 데이터이다. 또한, S CLK는 데이터 드라이버(213)로 입력된 데이터를 S CLK의 상승 에지에 동기시켜 시프트 레지스터(ex. 48-bit common shift register, MSB)로 시프트시키기 위한 신호이다. 시프트 레지스터에 저장된 데이터는 각 S CLK 상승 에지에서 MSB로 시프트된다. 또한 LAT는 하강 에지에서 데이터를 MSB에서 메모리(ex. GS 데이터 메모리)로 래치하기 위한 신호이다. 그리고, G CLK는 PWM 제어를 위해 각 G CLK 상승 에지에서 GS 카운터를 하나씩 증가시키기 위한 신호이다. 상기한 다양한 신호들은 얼마든지 변경 가능하므로 본 개시의 실시예에서는 위의 내용에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
위의 내용들에 근거해 볼 때, 컨트롤러(211)는 제어신호 생성부(미도시) 및 데이터 재정렬부(미도시) 등을 포함할 수 있다. 여기서 제어신호 생성부는 가령 단위 프레임의 영상을 표시 패널(213)에 표시하기 위한 시간이 16.7ms라 가정하면, 해당 시간 내에 단위 프레임 영상을 표시할 수 있도록 제어 신호를 생성한다. 또한 데이터 재정렬부는 입력된 RGB 영상 데이터를 표시 패널(214)에 적합하게 재가공할 수 있다. 가령, 8비트 데이터를 64비트 등으로 변환하는 동작을 수행할 수 있다.
스캔 드라이버(212)는 무선전력수신부(216)에서 제공되는 게이트 온/오프 전압(Vdd/Vss)을 제공받아 컨트롤러(211)의 제어에 따라 표시 패널(214)로 해당 전압을 인가하게 된다. 다만, 본 개시의 실시예에서는 게이트 오프 전압을 접지 전압으로 설계한다. 게이트 온 전압(Vdd)은 표시 패널(214)에 단위 프레임 영상의 구현을 위하여 스캔 라인 1(GL1)에서 스캔 라인 N(GLn)까지 순차적으로 제공된다. 물론 스캔 드라이버(212)는 본 개시의 실시예에 따라 컨트롤러(211)에서 생성된 스캔 신호에 응답하여 동작하게 된다. 이를 위하여 스캔 드라이버(212)는 도 2에 도시된 바와 같이 전원전압원과 각 스캔 라인마다 연결된 스위칭소자를 포함할 수 있다. 물론 이러한 스위칭소자는 TFT 소자를 사용할 수 있지만, 트랜지스터(TR) 및 MOSFET를 사용할 수도 있을 것이다.
데이터 드라이버(213)는 컨트롤러(211)에서 직렬(serial)로 제공되는 R, G, B의 비디오 데이터를 병렬(parallel)로 변환하고, 디지털 데이터를 아날로그 전류 또는 듀티 온 전류(ex. 펄스 전류)로 변환하여 하나의 수평 라인분에 해당되는 비디오 데이터를 표시 패널(214)로 동시에, 그리고 각 수평 라인마다 순차적으로 제공할 수 있다. 가령, 컨트롤러(211)에서 제공되는 비디오 데이터의 디지털 정보는 컬러의 계조를 표현할 수 있는 아날로그 전류로 변환되어 표시 패널(214)에 제공되는 것이다. 물론 아날로그 전류는 펄스 형태의 전류일 수 있다. 이때 데이터 드라이버(213) 또한 스캔 드라이버(212)에 제공된 게이트 신호에 동기되어 단위 프레임 데이터를 출력하는 것이 바람직하다.
데이터 드라이버(213)의 구체적인 구성과 관련해서는 당업자에게 이미 잘 알려져 있으므로 본 개시의 요지를 흐릴 수 있어 생략하고자 한다. 다시 말해, 데이터 드라이버(213)의 구성은 발광소자를 정전류로 구동하느냐 정전압으로 구동하느냐에 따라 다양한 구성이 가능할 수 있을 것이다. 데이터 드라이버(213)는 텍사스 인스트루먼트사의 TLC5958 시리즈 IC가 사용될 수 있다.
표시 패널(214)은 서로 교차하여 화소 영역을 정의하기 위한 다수의 스캔 라인과 데이터 라인이 형성되고, 그 교차하는 화소 영역에는 LED(혹은 OLED)와 같은 R, G, B의 발광소자가 형성된다. 표시 패널(214)의 각 스캔 라인에 전원전압이 인가된 후, 데이터 드라이버(213)를 통해 접지와의 사이에 전류 경로가 형성되면, 전원전압이 제공된 해당 스캔 라인에 연결된 데이터 라인을 통해 발광소자들은 자신의 계조 정보에 해당되는 전류를 생성하게 된다. 본 개시의 실시예에 따른 표시 패널(214)은 이와 같이 전류 경로를 통해 흐르는 전하량에 따라 밝기가 조절되어 영상이 표시된다. 물론 발광소자는 정전압에 의해서도 구동이 얼마든지 가능하므로 본 개시의 실시예에서는 위의 내용에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
방전 수행부(215)는 표시 패널(214)의 각 스캔 라인이 방전 동작할 때, 각 스캔 라인의 기생 커패시터에 의한 기생 전하를 접지로 방전시킨다. 이때 방전 수행부(215)는 컨트롤러(211)에 의해 제어될 수 있다. 물론 제어 시점은 스캔 라인 1에 제공되는 전원전압(Vdd)이 차단되고, 스캔 라인 2에 전원전압이 제공되는 시점 사이에 이루어지게 된다.
무선전력수신부(216)는 본 개시의 실시예에 따라 정류부를 스위칭 동작시킬 수 있는 스위칭 정류부를 포함한다. 무선전력수신부(216)는 스위칭 정류부의 스위칭 소자를 제어하여, 가령 ZVS 동작을 수행하여 스위칭 정류부의 앞단에 위치해 병렬 연결되어 있는 커패시터의 커패시턴스를 조절하고, 이러한 커패시턴스의 가변은 무선전력수신부(216)와 무선전력전송부(203)의 거리에 따라 왜곡된 공진 주파수를 바로 잡아 줌으로써 정류부를 통해 원하는 전압이 출력될 수 있도록 한다.
이와 같이 무선전력수신부(216)는 컨버터를 통해 제1 전압(ex. DC 200V) 및 제2 전압(ex. DC 13V)을 생성하여 생성한 전압을 각 기능블록(ex. 표시 패널, 드라이버 등)으로 제공한다. 무선전력수신부(216)는 예를 들어 컨트롤러(211)를 위해서는 계조를 표현할 수 있도록 논리전압으로서 DC 3.3V의 전압을 생성하여 제공할 수 있고, 스캔 드라이버(220)를 위해서는 게이트 온 전압(Vdd)으로서 가령 DC 4.5V 전압을 생성하는 등 다양한 크기의 전압을 생성하여 제공할 수 있다.
물론 무선전력수신부(216)는 컨트롤러(211), 스캔 드라이버(212) 및 데이터 드라이버(213)가 IC 형태로 구성되는 경우에는 IC에 입력되는 Vcc 전압(ex. DC 13V)을 생성할 수 있을 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 무선전력전송부의 세부 구조를 예시하여 나타낸 블록다이어그램이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 무선전력전송부(203)는 필터부(300), PFC부(310), 컨버터(320), 스위칭부(330), 레귤레이터(340), 제어부(350), 인버터(360), 공진회로(370) 및 1차 코일부(380)의 일부 또는 전부를 포함한다.
여기서, 무선전력전송부(203)는 스탠드 얼론 형태의 개별 장치로 형성될 수 있으며, "일부 또는 전부를 포함한다"는 것은 컨버터(320), 스위칭부(330) 및 레귤레이터(340), 공진 회로부(370)와 같은 일부 구성요소가 생략되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 본 개시의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
필터부(300)는 입력된 상용 전원을 정류 및 평활하여 일정 레벨의 DC 전압으로 출력한다. 정류를 위해 반파 또는 전파 정류회로가 사용될 수 있고, 평활을 위해 커패시터가 정류회로의 출력단에 병렬로 연결될 수 있을 것이다.
PFC부(310)는 필터부(300)에서 출력된 전압을 컨버터를 통해 DC 400V의 전압으로 변경하여 출력한다. 이를 위하여 PFC부(310)는 플라이백(Fly-back) 컨버터를 포함할 수 있다.
또한, 컨버터(320)는 필터부(300)에서 출력된 평활 전압을 제공받아 13V의 DC 전압을 생성하여 스위칭부(330) 및 레귤레이터(340)로 제공한다.
스위칭부(330)는 제1 제어부(350)의 제어 하에 선택된 DC 13V의 제1 전압 또는 DC 400V의 제2 전압을 출력한다.
레귤레이터(340)는 제1 제어부(350)로 안정화된 전압을 제공하기 위한 동작을 수행한다. 다시 말해, 레귤레이터(340)는 출력 전압에 리플(ripple)이 개선되도록 하는 것이다.
제1 제어부(350)는 도 2의 영상중계장치(220) 및 디스플레이 장치(210)가 설치되어 초기 구동할 때, 자동으로 또는 시스템 설계자나 사용자의 명령에 의해 영상중계장치(220) 및 디스플레이 장치(210) 사이의 거리, 더 정확하게는 도 2에서 무선전력전송부(203) 및 무선전력수신부(216) 사이의 거리를 측정한다.
이를 위하여 제1 제어부(350)는 스위칭부(330)를 제어하여 DC 13V 전압을 인버터(360)로 출력시킨다. 여기서, DC 13V 전압을 거리 측정을 위한 전압에 해당될 수 있다. 그리고, 제1 제어부(350)는 인버터(360)의 전류를 센싱하여 두 장치 사이의 거리를 측정하게 된다. 가령, 센싱된 전류의 전류값과 저장된 전류값의 일치 여부를 판단하여 동작 주파수를 판단하고 거리를 판단한다고 볼 수 있다.
제1 제어부(350)는 거리를 측정하기 위하여 다운 스캐닝 또는 업 스캐닝 동작을 수행할 수 있다. 다운 스캐닝은 주어진 범위에서 최대 주파수로 무선전력전송장치(203)를 동작시켜 점차 주파수를 다운시키면서 전류가 센싱되는 시점의 주파수를 판단하여 거리를 결정하는 것이다. 물론 제1 제어부(350)는 주파수에 매칭된 거리 정보를 이미 저장하고 있기 때문에 이를 통해 거리를 판단하게 된다. 한편, 제1 제어부(350)는 업 스캐닝 방식으로도 거리를 측정할 수 있다. 다시 말해, 주어진 범위에서 동작 주파수를 순차적으로 증가시키면서 전류값이 최대가 되는 지점을 찾는 것이다. 판단된 최대 전류값을 통해 거리를 판단하는 것이다. 이 또한, 최대 전류값에 매칭되어 거리 정보가 설정되어 있기 때문에 이를 검색하여 판단한다고 볼 수 있다.
이와 같이, 거리를 측정하기 위한 주파수 스캐닝 동작이 완료되면, 제1 제어부(350)는 스위칭부(330)를 제어하여 DC 400V의 전압이 인버터(360)로 출력되도록 한다. 이를 통해 무선전력동작이 시작된다.
인버터(360)는 입력된 DC 400V의 전압을 교류로 변환하여 출력한다. 예를 들어, 인버터(360)는 제1 제어부(350)에 의해 PWM 제어가 가능하도록 PWM 회로를 포함할 수 있다. 제1 제어부(350)는 인버터(360)를 제어하여 동작 주파수 및 듀티 온 타임을 조정할 수 있고, 거리 측정이 완료되면 이때 결정된 동작 주파수와 듀티비를 고정값으로 동작할 수 있다. PWM 회로와 관련해서는 잘 알려진 바 있으므로 더 이상의 설명은 생략하도록 한다. 다만, 본 개시의 실시예에 따른 인버터(360)는 가변 고주파 인버터를 포함할 수 있다. 또한, 인버터(360)는 본 개시의 실시예에 따라 고주파 AC 자기장 생성이 가능하다면 푸시 풀(push-pull) 방식의 인버터도 얼마든지 가능할 수 있을 것이다.
다시 말해, 인버터(360)는 거리에 따라 풀 브리지 방식의 인버터 또는 하프 브리지 방식의 인버터를 구동시킬 수 있다. 여기서, 풀 브리지 방식은 하프 브리지 방식의 스위칭 소자가 하나 더 구성된 것이므로, 본 개시의 실시예에서는 풀 브리지 방식에서 하나의 폴(pole)에 상응하는 스위칭 소자들만 구동함으로써 인버터(360)를 편리하게 하프 브리지 방식으로 동작시킬 수 있을 것이다.
공진 회로부(370)는 전류원 생성을 위해 구성될 수 있지만, 본 개시의 실시예에 따라 생략되어 구성되어도 무관하다. 또한, 공진 회로부(370)는 전류원 생성을 위해 LC 병렬 공진 회로를 포함할 수 있지만, 전류원을 생성할 수 있다면 LC 병렬 공진 회로 이외에도 다양한 회로로 변경하여 구성할 수 있을 것이다.
한편, 공진 회로부(370)의 출력단에는 ZVS(Zero Voltage Switching)부가 구성될 수 있다. ZVS부는 ZVS 소자(필터)를 포함한다. 이러한 ZVS부는 무선전력전송부(203)와 무선전력수신부(216)의 거리가 가까울 때 동작하게 된다. 무선전력전송부(203)와 무선전력수신부(216)의 거리가 너무 가까워지게 되면, 이로 인해 전력전송을 위한 이득이 감소하게 된다. 그 결과 디스플레이 장치(210)가 원하는 전력을 얻을 수 없게 된다. 위의 제로 전압은 거리(ex. 30㎝)가 너무 가까워져 1차 코일부(380)의 코일이 2차 코일부(400)의 코일에 영향을 받아 상호 인덕턴스가 증가하면서 해당 1차 코일로 전류가 잘 흐르지 않게 되어 발생한다. 이에 의해 전력 전송이 제대로 이루어지지 않게 된다. 이때, ZVS부는 ZVS 소자를 통해 전류가 흐르도록 함으로써 전력 전송의 효율을 지속할 수 있게 된다고 볼 수 있다.
1차 코일부(380)는 코일 즉 인덕터를 포함하며, ZVS부(370)가 동작하지 않는 상황하에서는 통상 1차 코일에 전류가 흐르게 되고, 이에 의해 무선전력수신부(216)에 유도 기전력이 발생하게 된다.
한편, 본 개시의 실시예에 따라 도 2의 무선전력전송부(203)는 도 5에서와 같은 구조를 가질 수 있다. 자세한 내용은 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
다시 정리하면, 도 3은 무선전력전송부(203)와 무선전력수신부(216) 사이의 거리를 측정하기 위하여 주파수 스캐닝 동작을 통해 무선전력전송부(203) 내의 동작 주파수를 결정하여 걸정된 동작 주파수로 인버터를 구동시킴으로써 무선전력수신부(216)가 목표 전력을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 방법에 유용하게 적용될 수 있다. 이때, 공진 회로부(370)는 생략되어 구성될 수 있고, 대신 ZVS 소자가 구성될 수 있을 것이다.
도 4는 도 2의 무선전력수신부의 세부 구조를 예시하여 나타낸 블록다이어그램이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 개시의 실시예에 따른 무선전력수신부(216)는 제2 코일부(400), 정류부(410), 평활회로부(420), 컨버터부(430), 과전압 검출부(440), 제2 제어부(450) 및 스위칭부(460)의 일부 또는 전부를 포함한다.
여기서, "일부 또는 전부를 포함한다는 것"은 컨버터부(430), 과전압 검출부(440) 및/또는 스위칭부(460)와 같은 구성요소가 생략되어 구성되거나 일부 구성요소가 다른 구성요소에 통합되어 구성될 수 있는 것 등을 의미하는 것으로서, 본 개시의 충분한 이해를 돕기 위하여 전부 포함하는 것으로 설명한다.
2차 코일부(400)는 코일 즉 인덕터를 포함하며, 무선전력전송부(203)의 1차 코일부(380)에 인가된 전압 또는 1차 코일에 흐르는 전류에 의해 유도 기전력이 발생한다. 이러한 유도 기전력은 전압의 단위를 갖는다.
정류부(410) 및 평활회로부(420)는 2차 코일부(400)에서 제공된 교류 전압을 다시 정류 및 평활하여 DC 전압으로 변환한다.
그리고, 컨버터부(430)는 DC-DC 컨버터를 포함하며, DC 200V 및 DC 13V 전압을 생성하여 출력한다. 여기서, DC 200V의 전압은 도 2의 표시 패널(214)에 구성된 LED 스트링을 구동하기 위하여 제공된다. 또한, DC 13V는 컨트롤러(211)나 스캔 및 데이터 드라이버(213)의 Vcc 전원으로 사용될 수 있을 것이다. 컨버터부(430)를 구성하는 DC-DC 컨버터는 PWM 제어되며, 거리에 따라 듀티비가 조정될 수 있다. 본 개시의 실시예에 따라 컨버터부(430)는 3가지 방식으로 동작이 가능하다. 다시 말해, 도 3의 무선전력전송부(203)에서 인버터(360)의 동작 주파수가 거리에 따라 결정되는 경우에는 별도의 듀티 조정없이 기설정된 듀티로 동작할 수 있다. 만약, 인버터(360)의 동작 주파수가 거리에 관계없이 일정하다면, 컨버터부(430)는 거리에 따라 듀티를 조정하여 동작하게 된다. 이는 컨버터부(430)에서 출력되는 전류를 센싱하여 기설정된 값과 비교해 봄으로써 거리를 측정할 수 있고, 측정 결과에 따른 거리에 매칭되는 기저장된 듀티 정보를 이용하여 듀티를 조정하면 된다. 나아가, 거리가 너무 가까워지는 경우에는 인버터의 동작 주파수 변경과 함께 듀티를 조정하는 것도 얼마든지 가능하게 된다.
과전압 검출부(440)는 제2 코일부(400)에서 정류부(410)로 인가되는 전압이 과전압일 때 이를 검출하여 제2 제어부(450)로 전달한다. 그러면 제2 제어부(450)는 가령 정류부(410)로 인가되는 전압을 일시적으로 차단할 수 있을 것이다.
제2 제어부(450)는 무선전력전송부(203)의 요청에 따라 컨버터부(430)를 제어한다. 예를 들어, 컨버터부(430)가 듀티를 조정하여 (입력) 유효 저항을 조정해야 할 필요가 있다면, 제2 제어부(450)는 듀티비를 조정하여 조정된 듀티로 컨버터부(430)를 제어한다.
또한, 제2 제어부(450)는 도 2의 영상중계장치(200)와 디스플레이 장치(210)가 설치된 후 초기 구동시, 또는 거리 측정을 위한 스캐닝 동작시에 DC 13V의 전압이 출력되지 않도록 스위칭부(460)를 오프 상태로 유지한다. 이후, 컨버터부(430)에서 출력되는 전류를 센싱하여 스캐닝 동작 등이 완료되었다고 판단되면 스위칭부(460)를 턴온시켜 DC 13V의 전압이 출력될 수 있도록 한다.
상기의 결과, 무선전력수신부(216)는 디스플레이 장치(210)에서 요구하는 안정된 전압을 생성한다고 볼 수 있다. 안정된 전압은 표시 패널(214)의 화질에 영향을 미칠 수 있을 것이다.
도 5는 수신단에 가변 스위칭 커패시터(혹은 스위칭 정류부)가 적용된 전체 IPTS 회로도이고, 도 6은 가변 스위칭 커패시터 적용 회로 및 등가 회로도이며, 도 7은 가변 스위치 커패시터 적용 전과 후의 Ve 파형을 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 개시의 다른 실시예에 따른 도 2의 무선전력전송부(203)는 필터부(500), 정류부(510), PFC부(520), 인버터(530), 공진회로부(540) 및 1차 코일부(550)의 일부 또는 전부를 포함하고, 무선전력수신부(216)는 2차 코일부(560), 스위칭 정류부(570)를 포함한다.
여기서, 스위칭 정류부(570)는 정류기의 하단에 고주파 동작 스위치(혹은 커패시터 가변부)를 포함하고 있어, 스위칭 듀티(비)의 조정을 통해 유효 커패시턴스(Cv)를 생성할 수 있다. 여기서, "유효 커패시턴스"는 스위칭 정류부(570)의 앞단에 병렬로 연결되는 있는 커패시터(Cp)(혹은 제2 커패시터)의 변경된 커패시턴스를 의미한다. 이와 같이 유효 커패시턴스를 조절할 수 있다는 것은 무선전력전송부(203)와 무선전력수신부(216) 사이의 거리에 따라 왜곡된 2차 코일부(560)의 출력단 공진 회로의 공진 주파수에 대한 조정이 가능하다는 것을 의미한다. 이를 통해, 정전력 제어를 가능하게 한다고 볼 수 있다.
또한, 무선전력전송부(203)는 전압원을 전류원으로 변경하기 위한 공진회로부(540)를 포함함으로써 1차 코일부(550)에 일정한 전류가 흐르도록 할 수 있다. 이에 따라 무선전력수신부(216)는 2차 코일부(560)의 인덕턴스 변화에 따른 유효 커패시턴스만 고려하여 스위칭 정류부(570)의 동작을 제어하면 될 것이다. 이때, 스위칭 소자는 스위칭 듀티 및/또는 스위칭 주파수의 변경을 통해 위의 유효 커패시턴스를 생성할 수 있을 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, IPTS는 공진 회로부(540)와 1차 코일부(550) 사이에 공진 커패시터(C1)가 연결되어 있고, 무선전력수신부(216)에서 2차 코일부(560)와 스위칭 정류부(570) 사이에 공진 커패시터(C2)(혹은 제1 커패시터)가 연결되어 있다.
여기서, C1과 C2가 직렬공진 커패시터로 구성되어 있으나, 본 개시의 실시예에서는 이에 국한하지는 않을 것이며, 각각 직렬 또는 병렬로 구성되어도 무관할 것이다.
또한, 도 5에서 전류원 생성을 위해 LC 병렬 공진 필터를 적용하였지만, 이를 적용하지 않을 수 있으며, 다양한 형태의 회로가 적용될 수도 있을 것이다.
좀 더 살펴보면, 스위칭 정류부(370)는 정류부와 스위칭부(또는 커패시터 가변부)로 구분될 수 있다. 스위칭부는 제1 및 제2 스위칭소자를 포함하며, 제1 및 제2 스위칭소자의 드레인 단자는 각각 커패시터(Cp)의 양단(자)에 각각 연결되어 있고, 드레인 단자는 제1 및 제2 다이오드의 애노드 단자에 각각 연결되어 있다. 또한, 제1 및 제2 스위칭소자의 소스 단자는 공통으로 연결되어 부하단에 연결되어 있다. 나아가, 제1 및 제2 다이오드의 캐소드 단자도 부하단에 연결되어 있다. 나아가, 제1 및 제2 스위칭소자의 게이트 단자로는 제1 및 제2 제어 신호가 각각 입력된다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 먼저 가변 스위칭 커패시터 동작 원리를 살펴보도록 한다.
도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 공진 커패시터에 연결된 AC-DC 정류기의 하단에 고주파 동작 스위치가 연결하여 스위칭 듀티(D)를 가변함으로써 유효 커패시턴스(Cv)를 조절할 수 있다(도 6 및 도 7 참조).
스위치 듀티의 경우, 0〈 D〈 0.5의 범위를 가지며, 유효 커패시턴스(Cv)는 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2017007673-appb-M000001
<수학식 1>에 나타낸 가변 스위칭 커패시터를 이용하여 <수학식 2>에서와 같이 입출력 전압게인을 얻을 수 있으며, Cv 가변(혹은 듀티 가변)을 통해 출력 제어가 가능할 수 있을 것이다.
Figure PCTKR2017007673-appb-M000002
좀 더 구체적으로, 도 5에서와 같이 LC 공진 필터를 적용했을 때의 가변 스위칭 커패시터를 적용한 무선전력전송 시스템을 분석해 보기로 한다.
도 8은 자이레이터 모델을 적용한 VSC IPTS 등가 회로도, 도 9는 L1과 C1 및 L2와 C2가 완전 공진 상태의 테브낭 회로를 적용한 등가 회로도, 도 10은 자이레이터 적용 등가 회로도, 그리고 도 11은 본 개시의 실시예에서 제안하는 최종 등가 회로이다.
L1과 C1 및 L2와 C2가 완전 공진(또는 부분 공진) 시에 제안하는 IPTS의 최종 등가회로는 도 11에서와 같이 RLC 병렬공진 회로이다.
Cv를 전자적으로 가변시, 수신단의 출력 전력을 제어할 수 있고, La와 Ca의 병렬 공진 필터를 적용 또는 적용하지 않더라도 송수신단의 공진 조건을 적절히 설계함으로써 도 11에서와 같이 등가 회로화할 수 있을 것이다.
좀 더 살펴보면, 도 8에서 볼 때
Figure PCTKR2017007673-appb-I000003
,
Figure PCTKR2017007673-appb-I000004
로 정의되고, 또한, 도 9에서 볼 때
Figure PCTKR2017007673-appb-I000005
,
Figure PCTKR2017007673-appb-I000006
,
Figure PCTKR2017007673-appb-I000007
및
Figure PCTKR2017007673-appb-I000008
로 각각 정의되며, 도 10에서
Figure PCTKR2017007673-appb-I000009
,
Figure PCTKR2017007673-appb-I000010
로 각각 정의된다.
따라서, 도 11에서와 같이 본 개시에서 제안하는 최종 등가 회로를 수식으로 다시 표현하면, <수학식 3> 내지 <수학식 6>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2017007673-appb-M000003
Figure PCTKR2017007673-appb-M000004
상기 언급된 유효 인덕턴스 Lt가 양의 값이 되기 위해서는 Xa가 음이 되도록 설계한다.
Figure PCTKR2017007673-appb-M000005
Figure PCTKR2017007673-appb-M000006
도 12는 고주파 동작 스위치의 ZVS 동작을 위한 파형의 예시도이다.
도 12를 참조하여 고주파 동작 스위치(S1, S2)의 소프트 스위칭 구현을 살펴보면 가변 스위칭 커패시터에 구현된 S1 및 S2 스위치의 ZVS(Zero Voltage Switching)을 위해 해당 동작 범위 이전에 미리 스위치를 턴온하여 기설정된 기간(tm) 동안 온 상태를 유지하다가 턴오프로 스위칭한다.
그 결과, 최종적으로 듀티만큼의 유효 듀티로 동작할 수 있게 된다.
도 13은 거리 변화시 가변 스위칭 커패시터를 적용하지 않은 경우의 출력전력 특성의 예를 나타내는 도면이고, 도 14는 거리별 가변 스위칭 커패시터의 듀티 변화에 따른 출력 특성의 예를 나타내는 도면이며, 도 15는 VSC의 듀티별 동작 주파수 변화에 따른 출력 특성의 예를 나타내는 도면이다.
도 13 내지 도 15를 참조하여 광역범위 송수신부(203, 216) 간 거리 변화시 정전력 출력 제어 특성을 살펴보면, 본 개시의 실시예에서와 같이 가변 스위치 커패시터 방식을 적용하여 송수신부(203, 216) 간 거리 변화시 목표 전력(ex. 100W)으로 정전력 출력 제어가 가능한 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 14 및 도 15에 나타낸 바와 같이 듀티 변화와 스위칭 동작 주파수에 따라서도 출력 특성이 확연히 차이가 있음을 확인할 수 있다.
도 16은 본 개시의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구동 과정을 나타내는 흐름도이다.
설명의 편의상 도 16을 도 2와 함께 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 디스플레이 장치(210)는 외부 장치, 가령 영상중계장치(200)로부터 무선으로 전압을 수신한다(S1600). 여기서, "전압을 수신한다"는 것은 지정된 거리에 위치하는 외부 장치에 의해 발생하는 유도 기전력에 상응하는 전압을 생성하는 것을 포함한다.
또한, 디스플레이 장치(210)는 외부 장치와의 거리에 의해 결정된 공진 회로의 공진 주파수를 공진 회로의 커패시턴스 가변을 통해 조정한다(S1610). 다시 말해, 거리에 의해 공진 회로의 공진점이 변경되며, 이는 공진 주파수 변경을 의미한다. 따라서, 목표 전력을 생성하기 위해서는 변경된 공진 주파수를 기설정된 값으로 조정할 필요가 있는 것이다. 이를 위하여 본 개시의 실시예에서는 공진 회로의 커패시턴스를 가변하게 된다. 가변된 커패시턴스는 본 개시의 실시예에 따라 유효 커패시턴스(Cv)라 명명한다.
이어, 디스플레이 장치(210)는 조정된 공진 주파수에 의해, 위의 수신된 전압을 목표 전압으로 조정하여 표시 패널로 출력한다(S1620). 다시 말해, 거리에 의해 공진 주파수가 변경되었다면 이는 입력 전력 대비 출력 전력이 기설정된 조건을 만족하지 못하는 것으로 볼 수 있다. 이에 본 개시의 실시예에서는 이를 기설정된 조건을 되돌려 원하는 목표 전력, 가령 전압을 얻을 수 있다.
도 17은 본 개시의 실시예에 따른 전자장치의 구동 과정을 나타내는 흐름도이다.
설명의 편의상 도 17을 도 2와 함께 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 전자장치, 가령 영상중계장치(200)는 디스플레이 장치(210)와 연계하여 비디오 및 오디오 신호 중 적어도 하나의 신호를 처리한다(S1700). 예를 들어, 전자 장치가 도 1에서와 같은 음향출력장치(110)인 경우에는 디스플레이 장치(100)로부터 오디오 신호를 수신하여 출력할 수 있을 것이다.
또한, 전자 장치는 외부에서 입력된 상용 전원을 전류원으로 변경한다(S1710). 이는 전자 장치의 1차 코일부 앞단에 LC 병렬 공진 회로를 구성함으로써 가능할 수 있을 것이다.
이를 통해, 전자 장치는 디스플레이 장치(210)와의 거리에 관계없이 코일부 즉 1차 코일부를 정전류원으로 동작시켜 디스플레이 장치(210)로 전압을 무선으로 전송하게 된다(S1720).
이와 같이 정전류원으로 동작시키기 되면, 1차 코일부에 일정한 전압이 발생한다는 것이고, 이에 따라 디스플레이 장치(210)에서는 거리에 따른 2차 코일부의 인덕턴스의 변경에 따른 변수만 고려하여 목표 전력을 생성하면 되기 때문에 그만큼 목표 전력의 생성이 용이할 수 있을 것이다.
한편, 본 개시의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 개시가 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 개시의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 개시의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비일시적 저장매체(non-transitory computer readable media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 개시의 실시 예를 구현할 수 있다.
여기서 비일시적 판독 가능 기록매체란, 레지스터, 캐시(cache), 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라, 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로, 상술한 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리 카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독가능 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (15)

  1. 외부 장치에 의해 발생된 유도 기전력을 이용하여 전압을 생성하는 공진 회로부;
    상기 외부 장치와의 거리에 의해 변경된 상기 공진 회로부의 공진점을 조정하기 위해 상기 공진 회로부의 커패시턴스(Cv)를 가변하는 커패시턴스 가변부; 및
    상기 전압을 이용하여 화상을 구현하는 표시 패널;을
    포함하는 디스플레이 장치.
  2. 1항에 있어서,
    상기 공진 회로부는,
    일측 단자가 상기 유도 기전력을 발생시키는 코일부의 일측에 연결된 제1 커패시터; 및
    상기 코일부의 타측과 상기 제1 커패시터의 타측 단자에 연결된 제2 커패시터(Cp);를 포함하며,
    상기 제2 커패시터의 커패시턴스가 가변되는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커패시턴스 가변부는,
    상기 제1 커패시터의 타측 단자에 드레인 단자가 연결되고, 게이트 단자에 제1 제어신호가 입력되는 제1 스위칭소자; 및
    상기 코일부의 타측에 드레인 단자가 연결되고, 소스 단자가 상기 제1 스위칭소자에 연결되며, 게이트 단자에 제2 제어신호가 입력되는 제2 스위칭소자;를
    포함하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 외부 장치와 상기 코일부의 거리 및 상기 외부 장치에 전류원을 형성하는 공진 회로가 존재하는지의 여부에 따라 상기 제1 스위칭소자와 상기 제2 스위칭소자의 구동 주파수 및 상기 제1 제어신호와 상기 제2 제어신호의 듀티 중 적어도 하나가 결정되는 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭소자가 서로 상반되게 동작하는 구간에서 상기 거리에 따른 상기 듀티가 결정되며,
    상기 결정된 듀티(D)에 따라 상기 커패시턴스가 가변되는 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭소자는 지정된 동작 범위 이전에 전류가 스위칭소자 내부에 포함 혹은 외부에 별도로 추가한 다이오드의 역방향으로 전류가 흘러 스위칭소자 양단의 전압이 제로 혹은 제로에 가까울 때 미리 스위칭소자를 턴온시켰다가 원하는 시점에 턴오프하여 ZVS(Zero Voltage Switching) 동작을 수행하는 디스플레이 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 커패시턴스(Cv)는,
    관계식
    Figure PCTKR2017007673-appb-I000011
    (여기서, D은 듀티, Cp는 제2 커패시터의 커패시턴스)에 의해 결정되는 디스플레이 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 공진 회로부와 상기 커패시턴스 가변부에 연결되어 상기 공진 회로부의 출력 전압을 정류시키는 정류부;를 더 포함하며,
    상기 정류부는,
    상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 드레인 단자에 애노드 단자가 각각 연결되고, 캐소드 단자가 부하단에 공통으로 연결되는 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하는 디스플레이 장치.
  9. 외부 장치에 의해 발생된 유도 기전력을 이용하여 전압을 생성하는 단계;
    상기 외부 장치와의 거리에 의해 변경된 상기 공진 회로부의 공진점을 조정하기 위해 상기 공진 회로부의 커패시턴스(Cv)를 가변하는 단계; 및
    상기 전압을 이용하여 화상을 구현하는 단계;를
    포함하는 디스플레이 장치의 구동방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공진 회로부는,
    일측 단자가 상기 유도 기전력을 발생시키는 코일부의 일측에 연결된 제1 커패시터; 및
    상기 코일부의 타측과 상기 제1 커패시터의 타측 단자에 연결된 제2 커패시터(Cp);를 포함하며,
    상기 제2 커패시터의 커패시턴스를 가변하는 디스플레이 장치의 구동방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 커패시턴스를 가변하는 단계는,
    상기 제2 커패시턴스의 양단자에 드레인 단자가 각각 연결된 제1 스위칭소자 및 제2 스위칭소자의 구동 주파수와, 상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭소자를 제어하는 제어 신호의 듀티 중 적어도 하나를 이용하여 상기 커패시턴스를 가변하는 디스플레이 장치의 구동방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구동 주파수 및 상기 듀티 중 적어도 하나는 상기 외부 장치와 상기 코일부의 거리 및 상기 외부 장치에 전류원을 형성하는 공진 회로가 존재하는지의 여부에 따라 결정되는 디스플레이 장치의 구동방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭소자가 서로 상반되게 동작하는 구간에서 상기 거리에 따른 상기 듀티가 결정되며,
    상기 결정된 듀티(D)에 따라 상기 커패시턴스를 가변하는 디스플레이 장치의 구동방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 커패시턴스(Cv)는,
    관계식
    Figure PCTKR2017007673-appb-I000012
    (여기서, D는 듀티, Cp는 제2 커패시터의 커패시턴스)에 의해 결정되는 디스플레이 장치의 구동방법.
  15. 제9항에 있어서,
    정류부가, 상기 공진 회로부의 출력 전압을 정류시키는 단계;를 더 포함하며,
    상기 정류부는,
    상기 제1 스위칭소자 및 상기 제2 스위칭 소자의 드레인 단자에 애노드 단자가 각각 연결되고, 캐소드 단자가 부하단에 공통으로 연결되는 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하는 디스플레이 장치의 구동방법.
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