WO2023128037A1 - 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치 - Google Patents

회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치 Download PDF

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WO2023128037A1
WO2023128037A1 PCT/KR2022/000010 KR2022000010W WO2023128037A1 WO 2023128037 A1 WO2023128037 A1 WO 2023128037A1 KR 2022000010 W KR2022000010 W KR 2022000010W WO 2023128037 A1 WO2023128037 A1 WO 2023128037A1
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unit
power supply
power
supply device
rectifier
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이경호
박성진
천정인
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엘지전자 주식회사
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    • G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
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    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present invention is applicable to a display device-related technical field, and relates to, for example, a power supply device for a rotation type display device.
  • light emitting modules in which light sources are arranged in a specific form, for example, one-dimensionally, are driven at high speed, various texts or graphics as well as moving pictures can be reproduced due to an afterimage effect on the human eye.
  • a light emitting diode LED may be used as such a light source.
  • Still images of 30 to 60 frames per second are displayed so that viewers can recognize them as moving images. At this time, if more still images per second are continuously observed, the observer can feel a softer image.
  • a display device that implements an image while rotating a light source is referred to as a rotation type afterimage display device.
  • Such a rotation type afterimage display device includes a fixed part and a rotating part.
  • a portion receiving external power and a driving circuit of a motor may be located in a fixed portion, and a display driving device, a light source bar, and the like may be located in a rotating portion. Therefore, the power supply device of the rotatable after-image display device may include a part that transfers power (power) from the stationary part to the rotatable part.
  • a method of transmitting power from a fixed part to a rotating part can be divided into a wired slip ring application method and a wireless power transmission method.
  • the slip ring application method may have disadvantages such as high-speed rotation response issues and life reliability.
  • the wireless power transmission method utilizes a commercially available IC to which the Qi standard is applied, and a method of sensing an output element of a receiving end of the wireless power device and transmitting it to a transmitting end through ASK/FSK communication for control may be used.
  • This power transmission method is designed to recognize the interconnection state and connected devices of the transmitting/receiving end and operate sequentially, so the initial operation time is long and there may be a delay due to communication even in normal operation.
  • One embodiment of the present invention is to provide a power supply device for solving the problems of the conventional power supply device as described above.
  • a power supply device for a rotatable display device capable of reducing the size of circuits of a transmitter (fixed unit) and a receiver (rotator) of a wireless power transmitter and improving efficiency.
  • the present invention provides a magnetic induction power supply device comprising: a power generator for generating a resonance power; an input detector sensing an input signal including at least one of an input voltage and current; a control unit driving the power generation unit in a PFM (Pulse Frequency Modulation) method according to the input signal sensed by the input detection unit; a rectifier for rectifying the resonant power; a converter connected to the rectifier to change the voltage level and output the converted voltage; a link capacitor located between the rectifier and the converter; and a resonance unit connecting the power generation unit and the rectification unit in a magnetic induction method.
  • PFM Pulse Frequency Modulation
  • the controller may include: a PFM controller for determining a frequency corresponding to the input signal; and a waveform generator generating a power waveform according to the determined frequency.
  • the controller may include: an amplification unit outputting a reference signal using the input signal; and an ADC converting the input signal into a digital value using the reference signal.
  • control unit may further include a driving unit connected to the waveform generator and driving the power generation unit.
  • the PFM controller may output a switching frequency value that changes in a predetermined operating period according to the input signal.
  • the switching frequency value may vary linearly between a start switching frequency and an end switching frequency.
  • the PFM controller may output an optimal control frequency according to a load connected to the converter.
  • the converter may include an isolated converter.
  • the rectifier may include a synchronous rectifier type rectifier.
  • a linear regulator (LDO) supplying power to the rectifying unit of the synchronous rectification method may be further included.
  • LDO linear regulator
  • the resonance unit may include a transmission coil connected to the power generation unit; and a receiving coil connected to the transmitting coil in a magnetic induction method and connected to the rectifying unit.
  • the present invention provides a power supply device for a rotation type display device of a magnetic induction type, comprising: a fixing unit generating and supplying resonance power; a rotation unit that receives and outputs the resonance power; and a resonance unit connecting the stationary unit and the rotating unit, wherein the stationary unit includes: a power generation unit generating resonance power; an input detector sensing an input signal including at least one of an input voltage and current; and a control unit driving the power generation unit in a PFM (Pulse Frequency Modulation) method according to an input signal detected by the input detection unit, wherein the rotation unit is connected to the resonator unit and rectifies the induced resonance power. ; a converter connected to the rectifier to change the voltage level and output the converted voltage; and a link capacitor positioned between the rectifier and the converter.
  • PFM Pulse Frequency Modulation
  • the fixed part and the rotating part may operate at fixed positions.
  • an image processing unit of the rotatable display device may be connected to the converter, and the converter may output a voltage signal for driving the image processing unit.
  • the ADC, the PFM controller, and the waveform generator may be composed of an MCU.
  • PFM control may be performed using a feed forward control method utilizing an input element (I in ).
  • I in an input element
  • the driving delay time can be minimized by adopting the Feed Forward Control method.
  • efficiency across loads can be improved by PFM control.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first example of a rotatable display device that can be applied to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a second example of a rotatable display device applicable to the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a power supply device for a rotatable display device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a specific configuration of a PFM controller of a power supply device for a rotatable display device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a frequency generation function performed in the PFM controller of the power supply device of the rotatable display device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a power supply device for a rotatable display device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a power supply device for a rotatable display device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing efficiency characteristics according to switching frequency in a power supply device for a rotatable display device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a graph showing efficiency characteristics before and after applying a PFM control method in a power supply device for a rotatable display device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first example of a rotatable display device that can be applied to the present invention.
  • FIG. 1 shows a cylindrical rotation type display device in which light emitting device arrays 331 are provided on at least one panel 310 , 320 , and 330 disposed along a cylindrical surface in the longitudinal direction of each panel. 1 is a state in which only the light emitting element array 331 provided on the front panel 330 is visible.
  • the light emitting element arrays provided on the left panel 310 and the right panel 320 are not shown, but the light emitting element arrays having the same structure are provided on the left panel 310 and the right panel 320. It can be.
  • Such a rotating display device is largely coupled to a fixed part 100 including a motor (not shown), a rotating part 200 located on the fixed part 100 and rotated by the motor, and the rotating part 200. and a light emitting device array 331 installed on the panels 310, 320, and 330 (hereinafter referred to as first panels), and a light source module 300 that implements a display by displaying an afterimage by rotation.
  • the light source module 300 may include a light emitting element array 331 mounted in the longitudinal direction on at least one rod-shaped first panel 310, 320, 330 provided at regular intervals on the outer circumferential surface of the cylindrical shape. .
  • the light source module 300 may include three first panels 310 , 320 , and 330 provided with light emitting device arrays 331 (hereinafter referred to as first light emitting device arrays). However, this is just one example, and the light source module 300 may include one or more panels.
  • individual pixels may be arranged in the length direction on each of the first panels 310 , 320 , and 330 .
  • sub-pixels constituting individual pixels may be arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
  • sub-pixels constituting individual pixels may be arranged in a direction horizontal to the length direction.
  • these sub-pixels may sequentially emit light within individual pixels.
  • Each of the first panels 310 , 320 , and 330 constituting the light source module 300 may form a printed circuit board (PCB). That is, each of the first panels 310, 320, and 330 may include a function of a printed circuit board.
  • light emitting device arrays may be arranged in the longitudinal direction of the panel by implementing individual unit pixels.
  • a display may be implemented by using an afterimage while rotating a panel equipped with such a light emitting element array 331 .
  • Implementation of the afterimage display will be described in detail below.
  • the light source module 300 may include a plurality of first panels 310 , 320 , and 330 , but may also be implemented as a single panel equipped with the light emitting element array 331 .
  • the light source module 300 is implemented with a plurality of panels as in the example of FIG. 1, since one frame image can be implemented by dividing a plurality of panels, rotation at a lower rotational speed than when implementing an image of the same frame is possible. do.
  • the fixing part 100 may form a frame structure. That is, the fixing part 100 may include a plurality of frames 101 designed to be divided from each other and combined.
  • Such a frame structure may provide a space in which a motor may be installed, and a space in which a power supply unit 120, a remote control unit (not shown), and the like may be installed.
  • a weight (not shown) may be installed in the fixing part 100 to reduce the influence of the high-speed rotation of the rotating part 200 .
  • the rotation unit 200 may form a frame structure. That is, the rotation unit 200 may include a plurality of frames 201 designed to be divided from each other and combined.
  • Such a frame structure may provide a space in which a driving circuit 210 for driving the first light emitting element array 331 is installed in order to implement a display.
  • the driving shaft of the motor may be fixed to a shaft fixing unit (not shown) formed in the frame 201 of the rotating unit 200 .
  • the drive shaft of the motor and the center of rotation of the rotation unit 200 may be located on the same axis.
  • the light source module 300 may be fixedly installed on the upper side of the frame 201 .
  • a transmission coil 130 for transmitting wireless power may be installed on the upper side of the fixed unit 100, and a receiving coil 220 located at a position facing the transmission coil 130 on the lower side of the rotating unit 200. ) can be installed.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a second example of a rotatable display device applicable to the present invention.
  • FIG. 2 is a rotary type panel in which wing-type panels 340, 350, and 360 (hereinafter referred to as second panels) are provided with light emitting element arrays 341, 351, and 361 (hereinafter referred to as second light emitting element arrays) in the longitudinal direction of each panel.
  • a display device is shown.
  • This rotational display device is largely coupled to a fixed part 102 including a motor (not shown), a rotating part 202 located on the fixed part 102 and rotated by the motor, and the rotating part 202 and second light emitting device arrays 341, 351, and 361, and a light source module 301 implementing a display by displaying an afterimage by rotation.
  • the light source module 301 has a length on at least one rod-shaped second panel 340, 350, 360 and each second panel 340, 350, 360 disposed radially from the center point of rotation. It may include second light emitting element arrays 341, 351, and 361 disposed in the direction.
  • the light source module 301 may be formed of the second panels 340 , 350 , and 360 in which the second light emitting device arrays 341 , 351 , and 361 are arranged.
  • the light source module 301 may include a plurality of second panels 340 , 350 , and 360 , but may also be implemented as a single panel equipped with a light emitting element array. However, when the light source module 301 is implemented with a plurality of panels as in the example of FIG. 2, since one frame image can be implemented by dividing a plurality of panels, rotation at a lower rotational speed than when an image of the same frame is implemented is possible. do.
  • individual pixels may be disposed on the second panels 340 , 350 , and 360 in the longitudinal direction.
  • sub-pixels constituting individual pixels may be arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction.
  • sub-pixels constituting individual pixels may be arranged in a direction horizontal to the length direction.
  • the fixing part 102 may form a frame structure. That is, the fixing part 102 may include a plurality of frames 103 designed to be divided from each other and combined.
  • Such a frame structure may provide a space in which a motor may be installed, and a space in which a power supply unit 120, a remote control unit (not shown), and the like may be installed.
  • a weight (not shown) may be installed in the fixing part 102 to reduce the effect of high-speed rotation of the rotating part 202 .
  • the rotating part 202 may form a frame structure. That is, the rotating part 202 may include a plurality of frames 203 that are designed to be divided from each other and combined.
  • Such a frame structure may provide a space in which a driving circuit 210 for driving the second light emitting element arrays 341 , 351 , and 361 is installed to implement a display.
  • the driving shaft of the motor may be fixed to a shaft fixing unit (not shown) formed on the frame 203 of the rotating unit 202 .
  • the drive shaft of the motor and the center of rotation of the rotating unit 202 may be located on the same axis.
  • the light source module 301 may be fixedly installed on the upper side of the frame 203 .
  • the second example of the present invention has been described above with reference to FIG. 2 , it may be substantially the same as the first example except for the difference in configuration of the light source module 301 . Therefore, the configuration of the first example may be equally applied to parts not described here.
  • the power supply device described in the exemplary embodiment of the present invention may be applied to various wireless power supply devices as well as a rotatable display device.
  • the power supply described in the exemplary embodiment of the present invention may be used as a power supply comprising two parts physically separated from each other.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a power supply device for a rotatable display device according to a first embodiment of the present invention.
  • 4 is a circuit diagram showing a specific configuration of a PFM controller of a power supply device for a rotatable display device according to a first embodiment of the present invention.
  • Such a power supply may take the form of a wireless power supply.
  • a power supply device may include a first circuit 120 and a second circuit 210 connected by a resonator 140 connected in a magnetic induction method.
  • the first circuit 120 may be included in the fixed part 100 and the second circuit 210 may be included in the rotating part 200.
  • the first circuit 120 may be referred to as a fixed unit 100 and the second circuit 210 may be referred to as a rotating unit 200 .
  • the first circuit 120 and the second circuit 210 may operate at a fixed position without changing a relative distance to each other.
  • the first circuit 120 and the second circuit 210 in which wireless power is connected to each other may be included in the rotation type display device as described above as an example.
  • the power supply device includes a power generation unit 121 generating resonance power, a rectifying unit 211 rectifying the resonance power, and a connection between the power generation unit 121 and the rectification unit 211. It may include a resonator 140 connected in a magnetic induction method.
  • the resonator 140 may include a transmission coil Lp (130 in FIG. 1 ) connected to the power generation unit 121 and a receiving coil Ls (220 in FIG. 1 ) connected to the rectifier 211 . Due to this connection, a magnetic field generated by a current flowing through the transmitting coil Lp may generate an induced current in the receiving coil Ls.
  • the resonator 140 may include a transmission unit (fixed unit) side LC resonance circuit connected to the power generation unit 121, and a reception unit (rotation unit) side LC resonance circuit connected to the rectifier 211. can do.
  • the LC resonant circuit on the transmitter (fixed part) side may include a transmit capacitor (Cp) and a transmit coil (Lp), and the LC resonant circuit on the receiver (rotator) side may include a receive capacitor (Cs) and a receive coil (Ls).
  • the power generation unit 121 may be driven by a control unit (PFM control unit) 150 .
  • PFM control unit for detecting an input signal I in including at least one of an input voltage and a current
  • This input detector 151 may include a sense resistor Rs.
  • the input detector 151 may further include an amplifier OP1 outputting a reference signal using the input signal I in .
  • the input detector 151 detects an input current signal I in , but the input detector 151 may further detect an input voltage signal.
  • the control unit 150 may drive the power generator 121 in a PFM (Pulse Frequency Modulation) method according to the input signal detected by the input detector 151 .
  • PFM Pulse Frequency Modulation
  • PFM pulse frequency modulation
  • the resonance power generated by driving the control unit 150 may be transferred to the rectifying unit 211 through the resonance unit 140 .
  • the rectifier 211 may include a full bridge rectifier circuit including four diodes D1 , D2 , D3 , and D4 . That is, the rectifier 211 may include a full-wave rectification type rectifier circuit.
  • a signal rectified through the rectifier 211 may be transferred to the link capacitor C DC .
  • a DC voltage (V PDC ) may be charged in the link capacitor (C DC ).
  • a converter 212 that is connected to the rectifier 211 and outputs a changed voltage level may be connected to the link capacitor C DC .
  • This converter 212 may include a DC-DC converter that converts a DC voltage.
  • the voltage signal Vout output through the converter 212 may be connected to the load 230 .
  • the load 230 may be, for example, the image processing unit 230 that drives the light emitting device array described above.
  • the image processing unit 230 may process an image to be implemented through a light emitting device array using RGB data of a displayed image.
  • the signal processed by the image processing unit 230 is transmitted to the driving unit 314 of the light source module so that an image can be implemented.
  • the image processing unit 230 may generate a signal for controlling light emission of a light source of a light source module based on image data desired to be output.
  • data for light emission of the light source module may be internal or external data.
  • Data stored in the interior (rotating unit) 200 may be image data previously stored in a storage device such as a memory (SD-card) mounted together with the image processing unit 230.
  • the image processing unit 230 may generate an emission control signal based on such internal data.
  • the image processing unit 230 transmits a control signal to delay display of image data of a specific frame displayed in each of the first light emitting element array 331 and the second light emitting element array 341, 351, and 361 to the driver 314. can be forwarded to
  • the image processing unit 230 may receive image data from the fixing unit 100 .
  • external data may be output through an optical data transmission device based on the same principle as a photo coupler, or an RF data transmission device such as Bluetooth or Wi-Fi.
  • means for detecting the rotation of the rotating unit 200 may be provided. That is, as a means for recognizing the position (speed) of rotation, such as the absolute position and relative position, in order to output light source data suitable for each rotation position (speed) of the rotation unit 200, the infrared emitter (not shown) and an infrared receiver (not shown) may be provided. Meanwhile, the same function can be implemented through an encoder, a resolver, and a hall sensor.
  • WPT wireless power transfer
  • Wireless power transmission can supply power without connecting wires by using a resonance phenomenon of a coil.
  • the first circuit 120 power is converted into an RF signal of a specific frequency, and a magnetic field generated by a current flowing through the transmitting coil Lp may generate an induced current in the receiving coil Ls.
  • the natural frequency of the coil and the transmission frequency for transmitting actual energy may be different (magnetic induction method).
  • the resonance frequencies of the transmitting coil Lp and the receiving coil Ls may be the same (self-resonant method).
  • the second circuit 210 converts the RF signal input from the receiving coil Ls into direct current and transmits required power to the load.
  • the fixing part 100 or the first circuit 120 included in the fixing part 100 is a power generator 121 generating resonance power, an input signal including at least one of an input voltage and a current ( It includes an input detector 151 that detects I in ) and a controller 150 that drives the power generator 121 according to the input signal detected by the input detector 151 in a PFM (Pulse Frequency Modulation) method.
  • PFM Pulse Frequency Modulation
  • the rotating part 200 or the second circuit 210 included in the rotating part 200 includes a rectifying part 211 for rectifying the resonance power, a converter 212 connected to the rectifying part 211 to change the voltage level and outputting it, It may include a link capacitor (C DC ) positioned between the rectifier 211 and the converter 212 and a resonator 140 that connects the power generator 121 and the rectifier 211 in a magnetic induction method.
  • a link capacitor C DC
  • the controller 150 includes a PFM controller 153 that determines a frequency corresponding to an input signal I in and a waveform that generates a power waveform according to the determined frequency. generator 154.
  • PFM controller 153 that determines a frequency corresponding to an input signal I in and a waveform that generates a power waveform according to the determined frequency.
  • generator 154 that generates a power waveform according to the determined frequency.
  • the waveform generator 154 may generate a pulse width modulation (PWM) waveform determined at a corresponding frequency.
  • PWM pulse width modulation
  • control unit 150 converts the input signal (I in ) into a digital value using the amplifier (OP1) outputting a reference signal using the input signal (I in ) and the reference signal.
  • ADC Analogue to Digital Converter
  • the ADC 152, the PFM controller 153, and the waveform generator 154 may be composed of a micro controller unit (MCU) 155. That is, the ADC 152, the PFM controller 153, and the waveform generator 154 may be composed of one MCU 155 chip.
  • MCU micro controller unit
  • control unit 150 may further include a driving unit 156 connected to the waveform generator 154 and driving the power generation unit 121 .
  • the PFM controller 153 may output a switching frequency value that changes in a certain operating period according to an input signal (input current; I in ).
  • this switching frequency value may vary linearly between a start switching frequency and an end switching frequency.
  • control unit 150 including the PFM controller 153 outputs a switching frequency value that changes linearly between a start switching frequency and an end switching frequency so that the power generator 121 ) can be driven.
  • a process of driving the power generation unit 121 using the control unit 150 is summarized as follows.
  • the input current (I in ) generates a differential input signal while passing through the sensing resistor (Rs), which is amplified while passing through the current sense amplifier (OP1) to obtain a ground (GND) reference signal can output
  • the ADC 152 of the MCU 155 receives the output of the amplifier OP1 and converts the input current I in into a digital value, and the digital input current value may be input to the PFM controller 153.
  • the PFM controller 153 performs frequency calculation through a frequency generating function (see FIG. 5). Then, the frequency and duty values output by the frequency calculation may be input to the waveform generator 154.
  • the waveform generator 154 may generate a signal having a corresponding duty value and supply the signal to the driving unit (MOSFET Driver) 156 to switch and drive the power generation unit 121 .
  • the power generator 121 may generate a full bridge two-phase signal.
  • the power generation unit 121 may include four MOSFETs (Q1, Q2, Q3, and Q4). That is, the power generator 121 may include two MOSFETs Q1 and Q2 on the high side and two MOSFETs Q3 and Q4 on the low side.
  • the driving unit 156 may transmit a driving signal to gate terminals of each of the MOSFETs Q1, Q2, Q3, and Q4.
  • a two-phase AC signal may be generated by the power generation unit 121 . That is, resonance power may be generated by the power generator 121 .
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a frequency generation function performed in the PFM controller of the power supply device of the rotatable display device according to the first embodiment of the present invention.
  • F1 is the start switching frequency
  • F2 is the end switching frequency
  • C L and C H define the fixed frequency operation period
  • C1 to C2 are variable frequency operation periods.
  • the switching frequency value may be determined according to the input current (Current; I in ).
  • the first fixed frequency F1 may be output when the input current corresponds to C L
  • the second fixed frequency F2 may be output when the input current corresponds to C H
  • a frequency value determined between F1 and F2 may be output.
  • a constant frequency operating section between F1 and F2 is prepared as described above, and the variable frequency operating section uses linear control.
  • control unit 150 (PFM control unit) can operate to set the optimal control frequency according to the load using the PFM control applied function graph as shown in FIG. 5 . That is, PFM control in which frequency is controlled for each load may be applied.
  • the frequency may be varied in a stepwise manner.
  • protection may occur.
  • the MCU 155 may operate to prevent the transmission of the corresponding signal.
  • the converter 211 may include an insulated converter.
  • the converter 211 may be a converter 211 insulated from an input side and an output side.
  • the input side and the output side may be separated using a transformer.
  • a two-phase AC signal may be generated by the power generator 121 . That is, resonance power may be generated by the power generation unit 121 .
  • the resonant power generated in this way may be transferred to the LC resonant circuit of the fixed unit side, that is, the capacitor Cp and the transmission coil Lp.
  • the resonant power transmitted to the LC resonant circuit of the fixed part may be received by the LC resonant circuit of the rotating part 200, that is, the receiving coil Ls and the capacitor Cs.
  • Resonant power received from the receiver-side LC resonant circuit may be transferred to the rectifier 211 and converted into a DC signal in the rectifier 211 .
  • the power converted into a direct current signal is charged in the link capacitor (C DC ), and the charged power in this way can be converted into a signal of a size suitable for a load (eg, the image processor 230) by the converter 212. .
  • the temperature and output current of the driving circuit main components (MOSFET, rectifier) of the rotating unit 200 are sensed, and when the stable operation section is out of range, the display control unit adjusts the average picture level (APL).
  • a function of giving a command may be provided.
  • the above-described power supply device may perform PFM control using a feed forward control method utilizing an input element (I in ). In this way, the driving delay time can be minimized by adopting the Feed Forward Control method. Moreover, efficiency across loads can be improved by PFM control.
  • circuit size of the transmission unit (fixed unit) 100 and the reception unit (rotation unit) 200 of the wireless power transmission device can be simplified and configured to reduce the circuit size and cost.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a power supply device for a rotatable display device according to a second embodiment of the present invention.
  • Such a power supply may take the form of a wireless power supply.
  • the power supply device according to the second embodiment may have most configurations in common with the power supply device described above with reference to FIGS. 3 to 5 . Therefore, redundant descriptions of common parts may be omitted in some cases.
  • the power supply device includes a power generation unit 121 generating resonance power, a rectifying unit 213 rectifying the resonance power, and a connection between the power generation unit 121 and the rectification unit 213. It may include a resonator 140 connected in a magnetic induction method.
  • the rectifier 213 may include a synchronous rectifier type rectifier.
  • the rectifier 213 of this synchronous rectification type is a synchronous rectifier IC (sync rectifier IC (sync IC); 214).
  • the rectifier 213 of the synchronous rectification method uses a MOSFET device, loss due to a diode can be prevented.
  • the MOSFET devices M1, M2, M3, and M4 and the synchronous rectification IC 214 can be applied to improve the efficiency of the wireless power device.
  • the power of the synchronous rectification IC 214 may use the output of the converter 212 .
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a power supply device for a rotatable display device according to a third embodiment of the present invention.
  • Such a power supply may take the form of a wireless power supply.
  • the power supply device according to the third embodiment may have most configurations in common with the power supply device described above with reference to FIGS. 3 to 5 . Therefore, redundant descriptions of common parts may be omitted in some cases.
  • the power supply device largely includes a power generator 121 that generates resonance power, a rectifier 213 that rectifies the resonance power, and a connection between the power generator 121 and the rectifier 213. It may include a resonator 140 connected in a magnetic induction method.
  • the rectifier 213 may be a synchronous rectifier type rectifier.
  • the rectifier 213 of the synchronous rectification method is a synchronous rectifier IC (sync synchronous rectifier IC) connected to the MOSFET devices M1, M2, M3, and M4, and each of the MOSFET devices M1, M2, M3, and M4. IC; 214).
  • IC synchronous rectifier IC
  • the rectifier 213 of the synchronous rectification method uses a MOSFET device, loss due to a diode can be prevented.
  • the MOSFET devices M1, M2, M3, and M4 and the synchronous rectification IC 214 can be applied to improve the efficiency of the wireless power device.
  • a linear regulator (LDO) 215 supplying power to the rectifier 213 of a synchronous rectification method may be further included.
  • the power of the synchronous rectification IC 214 may use the LDO 215 using the output of the link capacitor C DC .
  • FIG. 8 compares the efficiency of power supply devices of the first embodiment in which the rectifier 211 using a diode is applied and the second and third embodiments in which a synchronous rectifier type rectifier 213 is applied.
  • the efficiency of the two embodiments is not high at a low output current, but the difference between the two efficiencies slightly increases as the current increases. Therefore, the power supply device of the second or third embodiment can be used if efficiency is the main focus.
  • the power supply device of the first embodiment can be used if an emphasis is placed on manufacturing cost or size.
  • FIG. 9 is a graph showing efficiency characteristics according to switching frequency in a power supply device for a rotatable display device according to an embodiment of the present invention.
  • the optimum control frequency may vary depending on the load (recognized by the output current) as shown in FIG. 9 due to resonance characteristics. Therefore, as described above, the PFM control method in which the frequency is controlled for each load is suitable.
  • the transmitting end (fixed part; 100) PFM control can be performed using a feed forward control method utilizing an input element (I in ) of .
  • FIG. 10 is a graph showing efficiency characteristics before and after applying a PFM control method in a power supply device for a rotatable display device according to an embodiment of the present invention.
  • the efficiency can be compensated by being controlled at a small frequency.
  • the power supply device may perform PFM control using a feed forward control method utilizing an input element (I in ).
  • I in an input element

Abstract

본 발명은 디스플레이 장치 관련 기술 분야에 적용 가능하며, 예를 들어 회전형 디스플레이 장치를 위한 전력 공급 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 자기 유도 방식의 전력 공급 장치에 있어서, 공진 전원을 발생시키는 전원 발생부; 입력 전압 및 전류 중 적어도 어느 하나를 포함하는 입력 신호를 감지하는 입력 감지부; 상기 입력 감지부에서 감지된 입력 신호에 따라 상기 전원 발생부를 PFM(Pulse Frequency Modulation) 방식으로 구동하는 제어부; 상기 공진 전원을 정류시키는 정류부; 상기 정류부에 연결되어 전압 레벨을 변경하여 출력하는 컨버터; 상기 정류부와 상기 컨버터 사이에 위치하는 링크 커패시터; 및 상기 전원 발생부와 상기 정류부 사이를 자기 유도 방식으로 연결하는 공진부를 포함할 수 있다.

Description

회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치
본 발명은 디스플레이 장치 관련 기술 분야에 적용 가능하며, 예를 들어 회전형 디스플레이 장치를 위한 전력 공급 장치에 관한 것이다.
광원을 특정 형태, 예를 들어 1차원적으로 배열한 발광 모듈(광원 바)을 고속으로 구동시키면 인간 눈에 대한 잔상 효과에 의해 각종 문자나 그래픽은 물론 동영상까지 재생될 수 있다. 이러한 광원으로 보통 발광 다이오드(light emitting diode; LED)를 이용할 수 있다.
보통, 초당 24장 이상의 정지 영상을 연속적으로 관찰하게 될 때 시청자는 동영상으로 인식하게 되는데, 초당 30 내지 60 프레임의 정지 영상을 표출하여 시청자로 하여금 동영상으로 인식할 수 있도록 구비된다. 이때 초당 더 많은 정지 영상을 연속적으로 관찰할 경우 관찰자는 더 부드러운 영상 감을 느낄 수 있다.
이와 같이, 광원을 회전시키면서 영상을 구현하는 디스플레이 장치를 회전형 잔상 디스플레이 장치라고 일컫는다.
이러한 회전형 잔상 디스플레이 장치는 고정부와 회전부를 포함한다. 일례로, 외부전원을 공급받는 부분과 모터의 구동회로 등은 고정부에 위치하고 디스플레이 구동장치, 광원 바 등은 회전부에 위치할 수 있다. 따라서 회전형 잔상 디스플레이 장치의 전력 공급 장치는 고정부에서 회전부로 전력(전원)을 전달하는 부분을 포함할 수 있다.
고정부에서 회전부로 전원을 전달하는 방식은 유선으로 전달하는 슬립링 적용 방식과 무선 전력 전송 방식으로 나눌 수 있다.
슬립링 적용방식은 고속회전 대응 이슈와 수명 신뢰성 등의 단점이 있을 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 방식은 Qi 규격이 적용된 상용화된 IC를 활용하는 방식으로 무선 전력 장치 수신단의 출력요소를 센싱하여 ASK/FSK 통신을 통하여 송신단에 전달하여 제어하는 방식이 이용될 수 있다.
이러한 전력 전송 방식은 송/수신단의 상호 연결 상태 및 연결 장치 등을 인식하고 순차적으로 동작하도록 설계되어 있어서 초기 동작 시간이 오래 걸리고 정상 동작 상에서도 통신에 의한 지연시간이 존재할 수 있다. 또한, 회로 구성이 복잡하여 크기 및 비용이 증가하는 단점이 있을 수 있다.
따라서, 이와 같은 종래의 전력 공급 장치의 문제점을 해결할 방안이 요구된다.
본 발명의 일 실시예는 상기와 같은 종래의 전력 공급 장치의 문제점을 해결하기 위한 전력 공급 장치를 제공하고자 한다.
무선 전력 전송 장치의 송신부(고정부)와 수신부(회전부)의 위치가 고정된 회전형 디스플레이 장치의 특성을 고려하여, 구동 지연 시간을 최소화할 수 있는 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치를 제공하고자 한다.
또한, 무선 전력 전송 장치의 송신부(고정부)와 수신부(회전부)의 회로의 크기를 축소하고 효율을 향상시킬 수 있는 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치를 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점으로서, 본 발명은, 자기 유도 방식의 전력 공급 장치에 있어서, 공진 전원을 발생시키는 전원 발생부; 입력 전압 및 전류 중 적어도 어느 하나를 포함하는 입력 신호를 감지하는 입력 감지부; 상기 입력 감지부에서 감지된 입력 신호에 따라 상기 전원 발생부를 PFM(Pulse Frequency Modulation) 방식으로 구동하는 제어부; 상기 공진 전원을 정류시키는 정류부; 상기 정류부에 연결되어 전압 레벨을 변경하여 출력하는 컨버터; 상기 정류부와 상기 컨버터 사이에 위치하는 링크 커패시터; 및 상기 전원 발생부와 상기 정류부 사이를 자기 유도 방식으로 연결하는 공진부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 입력 신호에 해당하는 주파수를 결정하는 PFM 제어기; 및 상기 결정된 주파수에 따라 전원 파형을 발생시키는 파형 발생기를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 입력 신호를 이용하여 기준 신호를 출력하는 증폭부; 및 상기 기준 신호를 이용하여 상기 입력 신호를 디지털 값으로 변환하는 ADC를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 파형 발생기에 연결되어 상기 전원 발생부를 구동하는 구동부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 PFM 제어기는 상기 입력 신호에 따라서 일정 동작 구간에서 변화하는 스위칭 주파수 값을 출력할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 스위칭 주파수 값은 시작 스위칭 주파수(start switching frequency)와 종료 스위칭 주파수(end switching frequency) 사이에서 선형으로 변화할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 PFM 제어기는 상기 컨버터에 연결되는 부하에 따라 최적의 제어 주파수를 출력할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 컨버터는 절연형 컨버터를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 정류부는 동기 정류(Synchronous Rectifier) 방식의 정류부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 동기 정류 방식의 정류부에 전원을 공급하는 선형 레귤레이터(LDO)를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 공진부는 상기 전원 발생부와 연결되는 전송 코일; 및 상기 전송 코일과 자기 유도 방식으로 연결되고 상기 정류부와 연결되는 수신 코일을 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점으로서, 본 발명은, 자기 유도 방식의 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치에 있어서, 공진 전원을 발생시켜 공급하는 고정부; 상기 공진 전원을 공급받아 출력하는 회전부; 및 상기 고정부와 상기 회전부 사이를 연결하는 공진부를 포함하고, 상기 고정부는, 공진 전원을 발생시키는 전원 발생부; 입력 전압 및 전류 중 적어도 어느 하나를 포함하는 입력 신호를 감지하는 입력 감지부; 및 상기 입력 감지부에서 감지된 입력 신호에 따라 상기 전원 발생부를 PFM(Pulse Frequency Modulation) 방식으로 구동하는 제어부를 포함하고, 상기 회전부는, 상기 공진부에 연결되어 유도된 상기 공진 전원을 정류시키는 정류부; 상기 정류부에 연결되어 전압 레벨을 변경하여 출력하는 컨버터; 및 상기 정류부와 상기 컨버터 사이에 위치하는 링크 커패시터를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 고정부와 상기 회전부는 고정된 위치에서 동작할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 컨버터에는 상기 회전형 디스플레이 장치의 영상 처리부가 연결되고, 상기 컨버터는 상기 영상 처리부를 구동하는 전압 신호를 출력할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 ADC, 상기 PFM 제어기, 및 상기 파형 발생기는 MCU로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 입력 요소(Iin)를 활용하는 피드 포워드 제어(Feed Forward Control) 방식을 사용하여 PFM 제어를 수행할 수 있다. 이와 같이, Feed Forward Control 방식을 채용함으로써 구동 지연 시간을 최소화할 수 있다. 더욱이, PFM 제어에 의하여 부하에 대하여 전구간 효율이 개선될 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치의 송신부(고정부)와 수신부(회전부)의 회로를 간단하고 구성하여 회로 크기를 축소시키고 비용을 경감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 회전형 디스플레이 장치의 제1 예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 회전형 디스플레이 장치의 제2 예를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치의 PFM 제어부의 구체적인 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치의 PFM 제어부에서 이루어지는 주파수 생성 함수의 일례를 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치의 회로도이다.
도 8은 제1 실시예에 의한 효율과 제2 실시예 또는 제3 실시예에 의한 효율을 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치에서 스위칭 주파수에 따른 효율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치에서 PFM 제어 방식을 적용한 전후의 효율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 회전형 디스플레이 장치의 제1 예를 나타내는 사시도이다.
도 1은 원통형 면을 따라 배치되는 적어도 하나 이상의 패널(310, 320, 330)에 각각 발광 소자 어레이(331)가 각 패널의 길이 방향으로 구비되는 원통형의 회전형 디스플레이 장치를 도시하고 있다. 도 1은 정면의 패널(330)에 구비된 발광 소자 어레이(331)만 보이는 상태이다. 도면에서, 좌측의 패널(310) 및 우측의 패널(320)에 구비된 발광 소자 어레이는 도시되지 않았으나, 이러한 좌측의 패널(310) 및 우측의 패널(320)에도 동일한 구조의 발광 소자 어레이가 구비될 수 있다.
이러한 회전형 디스플레이 장치는, 크게, 모터(도시되지 않음)를 포함하는 고정부(100), 이 고정부(100) 상에 위치하고 모터에 의하여 회전하는 회전부(200), 그리고 회전부(200)에 결합되고 패널(310, 320, 330; 이하, 제1 패널)에 설치된 발광 소자 어레이(331)를 포함하며 회전에 의하여 잔상을 표시하여 디스플레이를 구현하는 광원 모듈(300)을 포함할 수 있다.
이때, 광원 모듈(300)은 원통형의 외주면에 일정 간격으로 구비되는 적어도 하나 이상의 막대 형상의 제1 패널(310, 320, 330)에 길이 방향으로 실장된 발광 소자 어레이(331)를 포함할 수 있다.
도 1에서, 광원 모듈(300)은 발광 소자 어레이(331; 이하, 제1 발광 소자 어레이)가 구비되는 세 개의 제1 패널(310, 320, 330)을 포함할 수 있다. 그러나 이는 하나의 예로서, 광원 모듈(300)은 하나 또는 그 이상의 패널을 포함할 수 있다.
이러한 제1 발광 소자 어레이(331)에는 각 제1 패널(310, 320, 330) 상에 개별 화소(Pixel)들이 길이 방향으로 배치될 수 있다. 이때, 개별 화소를 이루는 서브 화소(Sub-pixel)들은 이러한 길이방향에 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 한편, 개별 화소를 이루는 서브 화소(Sub-pixel)들은 이러한 길이방향에 수평한 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 이러한 서브 화소들은 개별 화소 내에서 순차적으로 발광할 수 있다.
이러한 광원 모듈(300)에 구비되는 제1 발광 소자 어레이(331)의 구체적인 설명은 자세히 후술한다.
광원 모듈(300)을 구성하는 각 제1 패널(310, 320, 330)은 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)을 이룰 수 있다. 즉, 각 제1 패널(310, 320, 330)은 인쇄 회로 기판의 기능을 포함할 수 있다. 이러한 각 제1 패널(310, 320, 330)에 발광 소자 어레이가 개별 단위 화소를 구현하여 패널의 길이 방향으로 배열될 수 있다.
이러한 발광 소자 어레이(331)가 구비된 패널은 회전하면서 잔상을 이용하여 디스플레이가 구현될 수 있다. 잔상 디스플레이의 구현에 대해서는 이하 자세히 후술한다.
위에서 언급한 바와 같이, 광원 모듈(300)은 다수의 제1 패널(310, 320, 330)들로 이루어질 수 있으나, 발광 소자 어레이(331)가 구비된 하나의 패널로도 구현 가능하다. 다만, 광원 모듈(300)이 도 1의 예와 같이 다수의 패널로 구현되는 경우에는 하나의 프레임 영상을 다수의 패널이 분할하여 구현할 수 있으므로 동일한 프레임의 영상을 구현할 때 보다 낮은 회전 속도 회전이 가능하다.
한편, 고정부(100)는 프레임 구조를 이룰 수 있다. 즉, 고정부(100)는 서로 분할되어 설계되어 결합된 다수의 프레임(101)을 포함할 수 있다.
이러한 프레임 구조는 모터가 설치될 수 있는 공간을 제공하고, 전력 공급부(120), 리모컨부(도시되지 않음) 등이 설치되는 공간을 제공할 수 있다.
또한, 고정부(100)에는 회전부(200)의 고속 회전에 의한 영향을 줄이기 위하여 무게추(도시되지 않음)가 설치될 수 있다.
마찬가지로, 회전부(200)는 프레임 구조를 이룰 수 있다. 즉, 회전부(200)는 서로 분할되어 설계되어 결합된 다수의 프레임(201)을 포함할 수 있다.
이러한 프레임 구조는 디스플레이를 구현하기 위하여 제1 발광 소자 어레이(331)를 구동하는 구동 회로(210)가 설치되는 공간을 제공할 수 있다.
이때, 모터의 구동축은 회전부(200)의 프레임(201)에 형성된 축 고정부(도시되지 않음)와 고정될 수 있다. 이와 같이, 모터의 구동축과 회전부(200)의 회전의 중심은 동일 축 상에 위치할 수 있다.
또한, 프레임(201)의 상측에는 광원 모듈(300)이 고정되어 설치될 수 있다.
한편, 이러한 고정부(100)와 회전부(200) 사이에는 무선 전력 전송 방식으로 전력이 전달될 수 있다. 이를 위하여, 고정부(100)의 상측에는 무선 전력을 전송하는 전송 코일(130)이 설치될 수 있고, 회전부(200)의 하측에는 전송 코일(130)과 마주보는 위치에 위치하는 수신 코일(220)이 설치될 수 있다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 회전형 디스플레이 장치의 제2 예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 날개형 패널(340, 350, 360; 이하, 제2 패널)에 각각 발광 소자 어레이(341, 351, 361; 이하, 제2 발광 소자 어레이)가 각 패널의 길이 방향으로 구비되는 회전형 디스플레이 장치를 도시하고 있다.
이러한 회전형 디스플레이 장치는, 크게, 모터(도시되지 않음)를 포함하는 고정부(102), 이 고정부(102) 상에 위치하고 모터에 의하여 회전하는 회전부(202), 그리고 회전부(202)에 결합되고 제2 발광 소자 어레이(341, 351, 361)를 포함하며 회전에 의하여 잔상을 표시하여 디스플레이를 구현하는 광원 모듈(301)을 포함할 수 있다.
도시하는 바와 같이, 광원 모듈(301)은 회전의 중심점으로부터 방사상으로 배치되는 적어도 하나 이상의 막대 형상의 제2 패널(340, 350, 360) 및 각 제2 패널(340, 350, 360) 상에 길이 방향으로 배치되는 제2 발광 소자 어레이(341, 351, 361)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 제2 발광 소자 어레이(341, 351, 361)가 배열된 제2 패널(340, 350, 360)들로 광원 모듈(301)이 이루어질 수 있다.
광원 모듈(301)은 다수의 제2 패널(340, 350, 360)들로 이루어질 수 있으나, 발광 소자 어레이가 구비된 하나의 패널로도 구현 가능하다. 다만, 광원 모듈(301)이 도 2의 예와 같이 다수의 패널로 구현되는 경우에는 하나의 프레임 영상을 다수의 패널이 분할하여 구현할 수 있으므로 동일한 프레임의 영상을 구현할 때 보다 낮은 회전 속도 회전이 가능하다.
이러한 제2 발광 소자 어레이(341, 351, 361)에는 각 제2 패널(340, 350, 360) 상에 개별 화소(Pixel)들이 길이 방향으로 배치될 수 있다. 이때, 개별 화소를 이루는 서브 화소(Sub-pixel)들은 이러한 길이방향에 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 한편, 개별 화소를 이루는 서브 화소(Sub-pixel)들은 이러한 길이방향에 수평한 방향으로 배치될 수 있다.
이러한 광원 모듈(301)에 구비되는 제2 발광 소자 어레이(341, 351, 361)의 구체적인 설명은 자세히 후술한다.
한편, 고정부(102)는 프레임 구조를 이룰 수 있다. 즉, 고정부(102)는 서로 분할되어 설계되어 결합된 다수의 프레임(103)을 포함할 수 있다.
이러한 프레임 구조는 모터가 설치될 수 있는 공간을 제공하고, 전력 공급부(120), 리모컨부(도시되지 않음) 등이 설치되는 공간을 제공할 수 있다.
또한, 고정부(102)에는 회전부(202)의 고속 회전에 의한 영향을 줄이기 위하여 무게추(도시되지 않음)가 설치될 수 있다.
마찬가지로, 회전부(202)는 프레임 구조를 이룰 수 있다. 즉, 회전부(202)는 서로 분할되어 설계되어 결합된 다수의 프레임(203)을 포함할 수 있다.
이러한 프레임 구조는 디스플레이를 구현하기 위하여 제2 발광 소자 어레이(341, 351, 361)를 구동하는 구동 회로(210)가 설치되는 공간을 제공할 수 있다.
이때, 모터의 구동축은 회전부(202)의 프레임(203)에 형성된 축 고정부(도시되지 않음)와 고정될 수 있다. 이와 같이, 모터의 구동축과 회전부(202)의 회전의 중심은 동일 축 상에 위치할 수 있다.
또한, 프레임(203)의 상측에는 광원 모듈(301)이 고정되어 설치될 수 있다.
이상, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 예를 설명하였으나, 광원 모듈(301)의 구성의 차이 외에는 실질적으로 제1 예와 동일할 수 있다. 따라서, 여기서 설명되지 않은 부분은 제1 예의 구성이 동일하게 적용될 수 있다.
이하, 회전형 디스플레이 장치에 적용되는 전력 공급 장치의 예시적인 실시예를 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명의 예시적인 실시예에서 설명하는 전력 공급 장치는 회전형 디스플레이 장치 뿐 아니라 다양한 무선 전력 공급 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 예시적인 실시예에서 설명하는 전력 공급 장치는 서로 물리적으로 분리된 두 부분을 포함하는 전력 공급부에 이용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치의 회로도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치의 PFM 제어부의 구체적인 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 위에서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 회전형 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 전력 공급 장치의 일례를 나타내고 있다. 이러한 전력 공급 장치는 무선 전력 공급 장치의 형태를 가질 수 있다.
일례로, 본 발명의 실시예에 의한 전력 공급 장치는 자기 유도 방식으로 연결하는 공진부(140)에 의하여 연결되는 제1 회로(120) 및 제2 회로(210)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전력 공급 장치가 회전형 디스플레이 장치에 적용되는 경우에는 제1 회로(120)는 고정부(100)에 포함될 수 있고, 제2 회로(210)는 회전부(200)에 포함될 수 있다. 경우에 따라, 제1 회로(120)를 고정부(100)라 칭할 수 있고, 제2 회로(210)는 회전부(200)라고 칭할 수 있다.
이때, 제1 회로(120)와 제2 회로(210)는 서로 상대적인 거리가 변하지 않고 고정된 위치에서 동작할 수 있다. 이와 같이, 무선 전력이 서로 연결되는 제1 회로(120)와 제2 회로(210)는 일례로서 위에서 설명한 바와 같은 회전형 디스플레이 장치에 구비될 수 있다.
이하, 예시적인 실시예로서, 회전형 디스플레이 장치에 적용된 전력 공급 장치의 예를 구체적으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 전력 공급 장치는, 크게, 공진 전원을 발생시키는 전원 발생부(121), 이러한 공진 전원을 정류시키는 정류부(211), 및 전원 발생부(121)와 정류부(211) 사이를 자기 유도 방식으로 연결하는 공진부(140)를 포함할 수 있다.
이러한 공진부(140)는 전원 발생부(121)와 연결되는 전송 코일(Lp; 도 1의 130)과 정류부(211)와 연결되는 수신 코일(Ls; 도 1의 220)을 포함할 수 있다. 이러한 연결에 의하여, 전송 코일(Lp)을 통하여 흐르는 전류로 발생하는 자기장이 수신 코일(Ls)에 유도 전류를 발생시킬 수 있다.
구체적으로, 공진부(140)는 전원 발생부(121)와 연결되는 송신부(고정부)측 LC 공진 회로를 포함할 수 있고, 정류부(211)와 연결되는 수신부(회전부)측 LC 공진 회로를 포함할 수 있다.
송신부(고정부)측 LC 공진 회로는 전송 캐패시터(Cp) 및 전송 코일(Lp)를 포함할 수 있고, 수신부(회전부)측 LC 공진 회로는 수신 캐패시터(Cs) 및 수신 코일(Ls)를 포함할 수 있다.
전원 발생부(121)는 제어부(PFM 제어부; 150)에 의하여 구동될 수 있다. 이때, 전원 발생부(121)에는 입력 전압 및 전류 중 적어도 어느 하나를 포함하는 입력 신호(Iin)를 감지하는 입력 감지부(151)가 연결될 수 있다. 이러한 입력 감지부(151)는 감지 저항(Rs)을 포함할 수 있다. 또한, 입력 감지부(151)는 입력 신호(Iin)를 이용하여 기준 신호를 출력하는 증폭부(OP1)를 더 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 입력 감지부(151)는 입력 전류 신호(Iin)를 감지하는 예를 나타내고 있으나, 입력 감지부(151)는 입력 전압 신호를 더 감지할 수 있다.
제어부(150)는 이러한 입력 감지부(151)에서 감지된 입력 신호에 따라 전원 발생부(121)를 PFM(Pulse Frequency Modulation) 방식으로 구동할 수 있다.
이러한 펄스 주파수 변조(PFM) 방식에 의하면, 부하가 커지면, 시간 내의 ON 횟수를 줄여 부하에 대응할 수 있다. 즉, 중부하 시에는 주파수가 낮아지고, 경부하 시에는 주파수가 높아질 수 있다.
장점으로는 경부하 시에는 전력의 추가가 그다지 필요하지 않으므로, 스위칭 주파수를 높여 공진 에너지를 줄임으로써 에너지 손실이 감소하기 때문에 경부하 시에도 고효율을 유지할 수 있다.
도 3을 참조하면, 이와 같이 제어부(150)의 구동에 의하여 생성된 공진 전원은 공진부(140)를 통하여 정류부(211)로 전달될 수 있다.
예시적인 실시예에 의하면, 정류부(211)는 네 개의 다이오드(D1, D2, D3, 및 D4)를 포함하는 풀 브리지(full bridge) 정류 회로를 포함할 수 있다. 즉, 정류부(211)는 전파 정류 방식의 정류 회로를 포함할 수 있다.
이러한 정류부(211)를 거쳐서 정류된 신호는 링크 커패시터(CDC)에 전달될 수 있다. 링크 커패시터(CDC)에는 직류 전압(VPDC)이 충전될 수 있다.
링크 커패시터(CDC)에는 정류부(211)에 연결되어 전압 레벨을 변경하여 출력하는 컨버터(212)가 연결될 수 있다. 이러한 컨버터(212)는 직류 전압을 전환시키는 직류-직류 컨버터(DC-DC converter)를 포함할 수 있다.
컨버터(212)를 거쳐서 출력된 전압 신호(Vout)는 부하(230)에 연결될 수 있다. 전력 공급 장치가 회전형 디스플레이 장치에 적용되는 경우, 부하(230)는 일례로 위에서 설명한 발광 소자 어레이를 구동하는 영상처리부(230)일 수 있다.
영상 처리부(230)는 디스플레이되는 영상의 RGB 데이터를 이용하여 발광 소자 어레이를 통하여 영상을 구현할 수 있도록 처리할 수 있다. 영상처리부(230)에서 처리된 신호는 광원 모듈의 구동부(314)로 전달되어 영상이 구현될 수 있다.
이러한 영상처리부(230)는 출력을 원하는 영상 데이터를 바탕으로 광원 모듈의 광원의 발광을 제어하는 신호를 발생시킬 수 있다. 이때, 광원 모듈의 발광을 위한 데이터는 내부 또는 외부의 데이터일 수 있다.
내부(회전부; 200)에 저장된 데이터는 영상 처리부(230)에 함께 실장된 메모리(SD-card) 등과 같은 저장장치에 미리 저장된 영상 데이터일 수 있다. 영상 처리부(230)는 이러한 내부 데이터를 바탕으로 발광 제어 신호를 발생시킬 수 있다.
영상 처리부(230)는, 각각의 제1 발광 소자 어레이(331) 및 제2 발광 소자 어레이(341, 351, 361)에서 표시되는 특정 프레임의 영상 데이터를 지연 표시하도록 제어하는 신호를 구동부(314)에 전달할 수 있다.
한편, 영상처리부(230)는 고정부(100)로부터 영상 데이터를 전달받을 수 있다. 이때, 포토 커플러 등과 같은 원리의 광학식 데이터 전송 장치, 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wifi) 등과 같은 RF 방식의 데이터 전송 장치를 통하여 외부의 데이터를 출력할 수 있다.
이때, 회전부(200)의 회전을 감지하기 위한 수단이 구비될 수 있다. 즉, 회전부(200)의 회전시 각 회전 위치(속도)에 맞는 광원 데이터를 출력하기 위하여 회전에 대한 절대 위치 및 상대 위치 등 회전에 대한 위치(속도)를 인지할 수 있는 수단으로서, 적외선 방출부(도시되지 않음) 및 적외선 수신부(도시되지 않음)가 구비될 수 있다. 한편, 엔코더, 리졸버, 홀 센서를 통하여 동일한 기능을 구현할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 무선 전력 전송(wireless power transfer, WPT)을 이용하여 고정부(100)와 회전부(200) 사이에 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 전송은 코일의 공진 현상을 이용하여 전선의 연결 없이 전력을 공급할 수 있다.
이를 위하여, 제1 회로(120)에서는 전원을 특정 주파수의 RF 신호로 변환하고, 전송 코일(Lp)을 통하여 흐르는 전류로 발생하는 자기장이 수신 코일(Ls)에 유도 전류를 발생시킬 수 있다. 이때, 코일의 고유 주파수와 실제 에너지를 전달하는 전송 주파수가 다를 수 있다(자기 유도 방식).
한편, 전송 코일(Lp)과 수신 코일(Ls)의 공진 주파수가 모두 동일(자기공진방식)할 수 있다.
제2 회로(210)에서는 수신 코일(Ls)로부터 입력되는 RF 신호를 직류로 변환하여 부하에 요구전력을 전달할 수 있다
이와 같이, 고정부(100) 또는 고정부(100)에 포함된 제1 회로(120)는 공진 전원을 발생시키는 전원 발생부(121), 입력 전압 및 전류 중 적어도 어느 하나를 포함하는 입력 신호(Iin)를 감지하는 입력 감지부(151), 입력 감지부(151)에서 감지된 입력 신호에 따라 전원 발생부(121)를 PFM(Pulse Frequency Modulation) 방식으로 구동하는 제어부(150)를 포함할 수 있다.
또한, 회전부(200) 또는 회전부(200)에 포함된 제2 회로(210)는 공진 전원을 정류시키는 정류부(211), 정류부(211)에 연결되어 전압 레벨을 변경하여 출력하는 컨버터(212), 정류부(211)와 컨버터(212) 사이에 위치하는 링크 커패시터(CDC) 및 전원 발생부(121)와 정류부(211) 사이를 자기 유도 방식으로 연결하는 공진부(140)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 예시적인 실시예에 있어서, 제어부(150)는, 입력 신호(Iin)에 해당하는 주파수를 결정하는 PFM 제어기(153) 및 이와 같이 결정된 주파수에 따라 전원 파형을 발생시키는 파형 발생기(154)를 포함할 수 있다. 여기서 도 4 및 하기의 도 5를 참조하여 설명하는 사항은 아래의 다른 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.
예를 들면, 파형 발생기(154)는 해당 주파수로 결정된 펄스폭변조(pulse width modulation; PWM) 파형을 생성할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 제어부(150)는, 입력 신호(Iin)를 이용하여 기준 신호를 출력하는 증폭부(OP1) 및 이 기준 신호를 이용하여 입력 신호(Iin)를 디지털 값으로 변환하는 ADC(Analogue to Digital Converter; 152)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 ADC(152), PFM 제어기(153), 및 파형 발생기(154)는 마이크로 컨트롤러(Micro Controller Unit; MCU; 155)로 구성될 수 있다. 즉, 이와 같은 ADC(152), PFM 제어기(153), 및 파형 발생기(154)는 하나의 MCU(155) 칩으로 구성될 수 있다.
또한, 예시적인 실시예에 있어서, 제어부(150)는, 파형 발생기(154)에 연결되어 전원 발생부(121)를 구동하는 구동부(156)를 더 포함할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, PFM 제어기(153)는 입력 신호(입력 전류; Iin)에 따라서 일정 동작 구간에서 변화하는 스위칭 주파수 값을 출력할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 이러한 스위칭 주파수 값은 시작 스위칭 주파수(start switching frequency)와 종료 스위칭 주파수(end switching frequency) 사이에서 선형으로 변화할 수 있다.
이와 같이, PFM 제어기(153)를 포함하는 제어부(150)는 시작 스위칭 주파수(start switching frequency)와 종료 스위칭 주파수(end switching frequency) 사이에서 선형으로 변화하는 스위칭 주파수 값을 출력하여 전원 발생부(121)를 구동할 수 있다.
이러한 제어부(150)를 이용하여 전원 발생부(121)를 구동하는 과정을 정리하면 아래와 같다.
먼저, 입력 전류(Iin)가 감지 저항(Rs)을 지나면서 차등 입력 신호(Differential input signal)를 생성하고, 이는 증폭부(Current Sense Amplifier; OP1)를 거치면서 증폭되어 그라운드(GND) 기준 신호를 출력할 수 있다.
이러한 증폭부(OP1)의 출력을 MCU(155)의 ADC(152)가 받아서 입력 전류(Iin)를 디지털 값으로 변환하고 이러한 디지털 입력 전류 값은 PFM 제어기(153)에 입력될 수 있다.
이후, PFM 제어기(153)에서 주파수 생성 함수(도 5 참조)를 통하여 주파수 연산을 수행한다. 이후 주파수 연산에 의하여 출력되는 주파수(Frequency) 및 듀티(duty) 값은 파형 발생기(154)에 입력될 수 있다.
파형 발생기(154)에서는 해당 듀티 값의 신호를 발생시켜 구동부(MOSFET Driver; 156)에 공급하여 전원 발생부(121)를 스위칭 구동할 수 있다.
이와 같이, 전원 발생부(121)는 풀 브릿지(Full bridge) 2상 신호를 발생시킬 수 있다. 일례로, 이러한 전원 발생부(121)는 네 개의 MOSFET(Q1, Q2, Q3, 및 Q4)를 포함할 수 있다. 즉, 전원 발생부(121)는 상측(high side)에 두 개의 MOSFET(Q1, Q2), 그리고 하측(low side)에 두 개의 MOSFET(Q3, Q4)을 포함할 수 있다.
이때, 구동부(156)는 각 MOSFET(Q1, Q2, Q3, 및 Q4)의 게이트 단에 구동 신호를 전달할 수 있다.
이러한 전원 발생부(121)에 의하여 2상 교류 신호가 발생할 수 있다. 즉, 전원 발생부(121)에 의하여 공진 전원을 발생시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치의 PFM 제어부에서 이루어지는 주파수 생성 함수의 일례를 나타내는 도이다.
도 5를 참조하면, 제어부(150)에서 적용되는 PFM 제어 적용 함수그래프를 나타낸 것이다.
PFM 제어 적용 함수 그래프에서 F1은 시작 스위칭 주파수(start switching frequency), F2는 종료 스위칭 주파수(end switching frequency), CL과 CH는 고정 주파수 동작구간을 정의하고, C1 내지 C2까지는 가변 주파수 동작구간을 정의한다.
즉, PFM 제어 적용 함수 그래프에 의하여, 입력 전류(Current; Iin)에 따라 스위칭 주파수(Frequency) 값이 정해질 수 있다. 이때, 입력 전류가 CL에 해당할 때는 제1고정 주파수(F1)이 출력되고, 입력 전류가 CH에 해당할 때는 제2고정 주파수(F2)가 출력될 수 있다. 또한 입력 전류가 C1 내지 C2에 해당할 때는 F1과 F2 사이에서 결정되는 주파수 값이 출력될 수 있다.
동작 중에 감지 저항(Rs)의 불연속구간과 외란 및 열화에 의한 구간이동 등이 발생할 수 있는 상황을 고려하여, 이와 같이 F1 내지 F2 사이의 일정 주파수 동작구간 마련하였고, 가변주파수 동작구간은 선형제어를 적용할 수 있다.
이와 같이 제어부(150; PFM 제어부)에서 도 5에서 도시하는 바와 같은 PFM 제어 적용 함수그래프를 이용하여 부하에 따라 최적제어 주파수가 설정될 수 있도록 동작할 수 있다. 즉, 부하별로 주파수가 제어되는 PFM 제어가 적용될 수 있다.
또한, 상측(high side) MOSFET 소자와 하측(low side) MOSFET 소자가 동시에 턴온(Turn-On)되는 동작을 피하기 위하여 계단 방식으로 주파수가 가변 되도록 설계할 수 있다.
이때, 제어 범위를 벗어나는 전압 및/또는 전류가 발생 시에는 보호동작(protection)이 일어날 수 있다. 예를 들어, MCU(155)에 해당 제어 범위를 벗어나는 전압 및/또는 전류가 입력되면 MCU(155)에서 해당 신호가 전달되지 못하도록 동작할 수 있다.
한편, 일례로, 컨버터(211)는 절연형 컨버터를 포함할 수 있다. 예를 들면, 컨버터(211)는 입력측과 출력측이 절연된 컨버터(211)일 수 있다. 일례로, 트랜스포머를 사용하여 입력측과 출력측이 분리될 수 있다.
이와 같이 전원 발생부(121)에 의하여 2상 교류 신호가 발생할 수 있다. 즉, 전원 발생부(121)에 의하여 공진 전원을 발생할 수 있다. 이와 같이 발생된 공진 전원은 고정부측 LC 공진 회로, 즉, 캐패시터(Cp) 및 전송 코일(Lp)로 전달될 수 있다.
이렇게 고정부측 LC 공진 회로로 전달된 공진 전원은 회전부(200)의 LC 공진 회로, 즉, 수신 코일(Ls) 및 캐패시터(Cs)에서 수신될 수 있다.
수신부측 LC 공진 회로에서 수신된 공진 전원은 정류부(211)로 전달되고, 정류부(211)에서 직류 신호로 변환될 수 있다.
이와 같이 직류 신호로 변환된 전원은 링크 캐패시터(CDC)에 충전되고, 이렇게 충전된 전원은 컨버터(212)에 의하여 부하(일례로, 영상 처리부; 230)에 적합한 크기의 신호로 변환될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 회전부(200)의 구동 회로 주요 부품(MOSFET, 정류부)의 온도 및 출력 전류를 센싱하여 안정적인 동작구간을 벗어날 경우 디스플레이 제어단에 APL(average picture level) 조정 명령을 주는 기능이 구비될 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 공급 장치는 입력 요소(Iin)를 활용하는 피드 포워드 제어(Feed Forward Control) 방식을 사용하여 PFM 제어를 수행할 수 있다. 이와 같이, Feed Forward Control 방식을 채용함으로써 구동 지연 시간을 최소화할 수 있다. 더욱이, PFM 제어에 의하여 부하에 대하여 전구간 효율이 개선될 수 있다.
또한, 무선 전력 전송 장치의 송신부(고정부; 100)와 수신부(회전부; 200)의 회로를 간단하고 구성하여 회로 크기를 축소시키고 비용을 경감할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치의 회로도이다.
도 6을 참조하면, 위에서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 회전형 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 전력 공급 장치의 다른 예를 나타내고 있다. 이러한 전력 공급 장치는 무선 전력 공급 장치의 형태를 가질 수 있다.
이러한 제2 실시예에 의한 전력 공급 장치는 위에서 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 전력 공급 장치와 대부분의 구성이 공통될 수 있다. 따라서 공통되는 부분에 대한 중복되는 설명은 경우에 따라 생략될 수 있다.
도 6을 참조하면, 전력 공급 장치는, 크게, 공진 전원을 발생시키는 전원 발생부(121), 이러한 공진 전원을 정류시키는 정류부(213), 및 전원 발생부(121)와 정류부(213) 사이를 자기 유도 방식으로 연결하는 공진부(140)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 정류부(213)는 동기 정류(Synchronous Rectifier) 방식의 정류부를 포함할 수 있다.
이러한 동기 정류 방식의 정류부(213)는 MOSFET 소자(M1, M2, M3, 및 M4), 그리고 각각의 MOSFET 소자(M1, M2, M3, 및 M4)에 연결되는 동기 정류 IC(Synchronous Rectifier IC (sync IC); 214)를 포함할 수 있다.
동기 정류 방식의 정류부(213)는 MOSFET 소자를 이용하므로, 다이오드(Diode)에 의한 손실을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 무선 전력 장치의 효율을 개선하기 위하여 MOSFET 소자(M1, M2, M3, 및 M4)와 동기 정류 IC(214)를 적용할 수 있다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 동기 정류 IC(214)의 전원은 컨버터(212)의 출력을 이용할 수 있다.
그 외의 사항은 위에서 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 사항이 동일하게 적용될 수 있다. 따라서 중복되는 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치의 회로도이다.
도 7을 참조하면, 위에서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 회전형 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 전력 공급 장치의 또 다른 예를 나타내고 있다. 이러한 전력 공급 장치는 무선 전력 공급 장치의 형태를 가질 수 있다.
이러한 제3 실시예에 의한 전력 공급 장치는 위에서 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 전력 공급 장치와 대부분의 구성이 공통될 수 있다. 따라서 공통되는 부분에 대한 중복되는 설명은 경우에 따라 생략될 수 있다.
도 7을 참조하면, 전력 공급 장치는, 크게, 공진 전원을 발생시키는 전원 발생부(121), 이러한 공진 전원을 정류시키는 정류부(213), 및 전원 발생부(121)와 정류부(213) 사이를 자기 유도 방식으로 연결하는 공진부(140)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 정류부(213)는 동기 정류(Synchronous Rectifier) 방식의 정류부일 수 있다.
이러한 동기 정류 방식의 정류부(213)는 MOSFET 소자(M1, M2, M3, 및 M4), 그리고 각각의 MOSFET 소자(M1, M2, M3, 및 M4)에 연결되는 동기 정류 IC(Synchronous Rectifier IC; sync IC; 214)를 포함할 수 있다.
동기 정류 방식의 정류부(213)는 MOSFET 소자를 이용하므로, 다이오드(Diode)에 의한 손실을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 무선 전력 장치의 효율을 개선하기 위하여 MOSFET 소자(M1, M2, M3, 및 M4)와 동기 정류 IC(214)를 적용할 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 동기 정류 방식의 정류부(213)에 전원을 공급하는 선형 레귤레이터(LDO; 215)를 더 포함할 수 있다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 동기 정류 IC(214)의 전원은 링크 캐패시터(CDC)의 출력을 이용한 LDO(215)를 이용할 수 있다.
그 외의 사항은 위에서 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 사항이 동일하게 적용될 수 있다. 따라서 중복되는 설명은 생략한다.
도 8은 제1 실시예에 의한 효율과 제2 실시예 또는 제3 실시예에 의한 효율을 비교한 그래프이다.
도 8은 다이오드를 이용한 정류부(211)를 적용한 제1 실시예와 동기 정류(Synchronous Rectifier) 방식의 정류부(213)를 적용한 제2 및 제3 실시예의 경우의 전력 공급 장치의 효율을 비교하고 있다.
도 8을 참조하면, 낮은 출력 전류에서는 두 실시예의 효율이 크지 않으나, 전류가 커질수록 두 효율의 차이가 근소하게 발생하는 것을 알 수 있다. 따라서 효율에 주안점을 둔다면 제2 실시예 또는 제3 실시예의 전력 공급 장치를 이용할 수 있다.
그러나 제작비용이나 크기의 면에 주안점을 둔다면 제1 실시예의 전력 공급 장치를 이용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치에서 스위칭 주파수에 따른 효율 특성을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 실시예에 의한 자기 유도 방식의 무선 전력 전송 장치의 경우, 공진 특성에 의하여 도 9에서 도시한 바와 같이 부하(출력 전류로 알 수 있음)에 따라 최적의 제어 주파수가 달라질 수 있다. 따라서 위에서 설명한 바와 같이, 부하별로 주파수가 제어되는 PFM 제어 방식이 적합함을 보여주고 있다.
종래의 기술에서는 보통 수신단(회전부; 200)의 출력 요소(VPDC)를 활용하여 제어하는 피드백 제어(Feed Back Control) 방식을 사용하여 제어지만, 본 발명의 실시예에는 송신단(고정부; 100)의 입력요소(Iin)를 활용하는 피드 포워드 제어(Feed Forward Control) 방식을 사용하여 PFM 제어를 수행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치에서 PFM 제어 방식을 적용한 전후의 효율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10을 참조하면, PFM 제어 방식을 적용 후 효율 개선 효과를 나타낸 것이다. 출력 전류가 0.4 내지 0.8A 범위인 저부하 부분에서는 높은 주파수로 제어되어 효율을 보상할 수 있다.
또한, 0.8 내지 1.2A 범위인 중부하 부분에서는 작은 주파수로 제어되어 효율을 보상할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 전력 공급 장치는 입력 요소(Iin)를 활용하는 피드 포워드 제어(Feed Forward Control) 방식을 사용하여 PFM 제어를 수행할 수 있다. 이와 같이, Feed Forward Control 방식을 채용함으로써 구동 지연 시간을 최소화할 수 있다. 더욱이, PFM 제어에 의하여 부하에 대하여 전구간 효율이 개선될 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의하면 회전형 디스플레이 장치를 위한 전력 공급 장치를 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 자기 유도 방식의 전력 공급 장치에 있어서,
    공진 전원을 발생시키는 전원 발생부;
    입력 전압 및 전류 중 적어도 어느 하나를 포함하는 입력 신호를 감지하는 입력 감지부;
    상기 입력 감지부에서 감지된 입력 신호에 따라 상기 전원 발생부를 PFM(Pulse Frequency Modulation) 방식으로 구동하는 제어부;
    상기 공진 전원을 정류시키는 정류부;
    상기 정류부에 연결되어 전압 레벨을 변경하여 출력하는 컨버터;
    상기 정류부와 상기 컨버터 사이에 위치하는 링크 커패시터; 및
    상기 전원 발생부와 상기 정류부 사이를 자기 유도 방식으로 연결하는 공진부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 입력 신호에 해당하는 주파수를 결정하는 PFM 제어기; 및
    상기 결정된 주파수에 따라 전원 파형을 발생시키는 파형 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 입력 신호를 이용하여 기준 신호를 출력하는 증폭부; 및
    상기 기준 신호를 이용하여 상기 입력 신호를 디지털 값으로 변환하는 ADC를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 파형 발생기에 연결되어 상기 전원 발생부를 구동하는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 PFM 제어기는 상기 입력 신호에 따라서 일정 동작 구간에서 변화하는 스위칭 주파수 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스위칭 주파수 값은 시작 스위칭 주파수(start switching frequency)와 종료 스위칭 주파수(end switching frequency) 사이에서 선형으로 변화하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 PFM 제어기는 상기 컨버터에 연결되는 부하에 따라 최적의 제어 주파수를 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 컨버터는 절연형 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 정류부는 동기 정류(Synchronous Rectifier) 방식의 정류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 동기 정류 방식의 정류부에 전원을 공급하는 선형 레귤레이터(LDO)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 공진부는 상기 전원 발생부와 연결되는 전송 코일; 및
    상기 전송 코일과 자기 유도 방식으로 연결되고 상기 정류부와 연결되는 수신 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 장치.
  12. 자기 유도 방식의 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치에 있어서,
    공진 전원을 발생시켜 공급하는 고정부;
    상기 공진 전원을 공급받아 출력하는 회전부; 및
    상기 고정부와 상기 회전부 사이를 연결하는 공진부를 포함하고,
    상기 고정부는,
    공진 전원을 발생시키는 전원 발생부;
    입력 전압 및 전류 중 적어도 어느 하나를 포함하는 입력 신호를 감지하는 입력 감지부; 및
    상기 입력 감지부에서 감지된 입력 신호에 따라 상기 전원 발생부를 PFM(Pulse Frequency Modulation) 방식으로 구동하는 제어부를 포함하고,
    상기 회전부는,
    상기 공진부에 연결되어 유도된 상기 공진 전원을 정류시키는 정류부;
    상기 정류부에 연결되어 전압 레벨을 변경하여 출력하는 컨버터; 및
    상기 정류부와 상기 컨버터 사이에 위치하는 링크 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 고정부와 상기 회전부는 고정된 위치에서 동작하는 것을 특징으로 하는 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 컨버터에는 상기 회전형 디스플레이 장치의 영상 처리부가 연결되고, 상기 컨버터는 상기 영상 처리부를 구동하는 전압 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 입력 신호에 해당하는 주파수를 결정하는 PFM 제어기; 및
    상기 결정된 주파수에 따라 전원 파형을 발생시키는 파형 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 입력 신호를 이용하여 기준 신호를 출력하는 증폭부; 및
    상기 기준 신호를 이용하여 상기 입력 신호를 디지털 값으로 변환하는 ADC를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 ADC, 상기 PFM 제어기, 및 상기 파형 발생기는 MCU로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 PFM 제어기는 상기 입력 신호에 따라서 일정 동작 구간에서 변화하는 스위칭 주파수 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치.
  19. 제15항에 있어서, 상기 PFM 제어기는 상기 컨버터에 연결되는 부하에 따라 최적의 제어 주파수를 출력하는 것을 특징으로 하는 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치.
  20. 제12항에 있어서, 상기 정류부는 동기 정류(Synchronous Rectifier) 방식의 정류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 디스플레이 장치의 전력 공급 장치.
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