KR100569731B1

KR100569731B1 - 구동 전원 안정화 회로를 가진 박막 트랜지스터 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR100569731B1
Application number: KR1019980039646A
Authority: KR
Inventors: 이건빈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2006-08-23
Also published as: KR20000020856A

Abstract

이 발명은 구동 전원 안정화 회로를 가진 박막 트랜지스터 액정 표시 장치에 관한 것으로, 입력 전원에 따라 동작하여 일정한 스위칭 펄스를 출력하고, 피드백 입력되는 회로의 출력 전압에 따라 펄스 폭 제어를 수행하여 상기 스위칭 펄스의 듀티 사이클을 제어하는 스위칭 레귤레이터부와, 상기 스위칭 레귤레이터부의 전압 출력단에 연결된 스위칭 다이오드와, 인덕터와, 상기 인덕터의 타단에 일단이 연결되고 타단이 접지된 커패시터로 이루어져, 상기 스위칭 레귤레이터부의 출력 전압을 부하가 요구하는 직류 전류로 변환시키는 DC-DC 컨버터와, 상기 DC-DC 컨버터에서 출력하는 직류 전류를 전압 형태로 변환시켜 출력하는 출력 전압부와, 입력 전원에 소스가 연결되고 출력 전압부에 드레인이 연결된 제1 타입의 트랜지스터와, 상기 출력 전원에 연결된 제1 저항과, 상기 제1 저항에 직렬 연결된 제2 저항과, 상기 출력 전압부의 분압 전압을 반전 입력으로 하고, 상기 제1 저항과 제2 저항의 접점 전압을 비반전 입력으로 하는 비교기로 이루어진 출력 전압 보상부로 이루어져, 입력 전압의 변동 또는 출력 부하의 변동이 있더라도 출력되는 전압의 레벨을 안정화시킨다.

Description

구동 전원 안정화 회로를 갖는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치

본 발명은 박막 트랜지스터 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 구동 전원을 안정화시키기 위한 회로에 관한 것이다.

도1은 종래의 TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) 구동용 전원 회로도이다.

도1에 도시된 종래의 TFT-LCD 구동용 전원 회로는 게이트(gate) IC 및 소스(source) IC와 게이트 어레이(array)를 구동시키기 위한 3.3V 전압을 출력하는 회로로서, 스위칭(switching) 레귤레이터(regulator) IC(1)와, 커패시터(C1, C2, C3, C4, C5)와, 저항(R1, R2, R3, R4,R5)와, 쵸크 코일 인덕터(L1)와 스위칭 다이오드(D1)로 이루어진다.

스위칭 레귤레이터 IC(1)는 8개의 단자를 가지며, 6번 핀으로 전압(Vin)을 입력받아 펄스 폭 제어에 따라 8번 핀에서 일정한 스위칭 펄스가 쵸크 코일 인덕터(L1)로 출력되도록 한다.

그러면, 쵸크 코일 인덕터(L1)는 입력되는 전압을 선형적으로 변한 전류로서 출력하는데, 이때 스위칭 다이오드(D1)는 코일 인덕터(L1)로 입력되는 전압을 제한한다. 쵸크 코일 인덕터(L1)를 통한 전류는 커패시터(C2)에 의해 축적되고 방전된 후, 3.3V로 출력된다.

여기서, 3.3V의 출력은 쵸크 코일 인덕터(L1)와 스위칭 다이오드(D1)의 특성을 조절하여 얻어지며, 게이트 어레이 IC, 게이트 드라이브 IC 및 소스 드라이브 IC에 공급되어 TFT-LCD 패널을 구동시킨다.

한편, 출력단의 전압 레벨이 변하면 커패시터(C2)에서 방전되는 전압중 일부는 저항(R3, R4, R5, C2, C3)으로 이루어진 RC회로를 거쳐 스위칭 레귤레이터 IC(1)로 피드백 입력되고, 스위칭 레귤레이터 IC(1)는 듀티 사이클(duty cycle)을 변경시켜 6번핀으로 출력되는 전압을 보정한다.

그러나, 상기 종래의 회로는 주파수 스위칭에 의한 방법이므로 외부 요인에 의한 입력 전압의 변동이나, 출력단 부항의 변동시 출력단의 리플(ripple)이 커지고 전압이 드롭되는 현상이 발생할 우려가 있다.

그리고, 쵸크 코일 및 스위칭 레귤레이터 IC(1)의 용량이 출력부하를 보상하기에 역부족인 경우가 발생하여 출력 전압이 드롭(drop)되거나 스위칭 레귤레이터 IC(1) 자체가 셧 다운(shut down)되는 경우가 발생하는 단점이 있다.

따라서, 이 발명은 입력 전원이 변동되거나 출력단의 부하가 급변하여 출력전압이 다운될 때, 이를 보정하여 출력 전압의 레벨을 항상 일정하게 하여 상기 종래의 단점을 해결한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 구동 전원 안정화를 갖는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치는 스위칭 레귤레이터부와, DC-DC 컨버터와, 출력 전압 보상부와, 출력 전압부를 포함한다.

스위칭 레귤레이터부는 입력 전원에 따라 동작하여 일정한 스위칭 펄스를 출력하고, 피드백 입력되는 상기 구동 전원 안정화 회로의 출력 전압에 따라 펄스 폭 제어를 수행하여 상기 스위칭 펄스의 듀티 사이클을 제어하고, DC-DC 컨버터는 상기 스위칭 레귤레이터부에 연결되어 있으며 상기 스위칭 레귤레이터부의 출력 전압을 부하가 요구하는 직류 전류로 변환하며, 출력 전압부는 상기 DC-DC 컨버터에서 출력하는 직류 전류를 전압 형태로 변환시켜 출력하고, 출력 전압 보상부는 상기 출력 전압의 변동에 따라 상기 출력 전압을 보상한다.

또한, 상기 스위칭 레귤레이터부는 상기 입력 전압에 연결된 제1 핀, 상기 스위칭 펄스를 내보내는 제2 핀, 접지 전압에 연결된 제3 핀, 그리고 상기 출력 전압을 입력받는 제4 핀을 포함하고, 상기 DC-DC 컨버터는 상기 제2 핀과 상기 제3 핀 사이에 병렬로 연결되어 있는 스위칭 다이오드, 상기 제2 핀과 상기 제4 핀 사이에 연결되어 있는 인덕터, 그리고 상기 제3 핀과 상기 제4 핀 사이에 연결되어 있는 커패시터를 포함하며, 상기 출력 전압부는 상기 커패시터에 병렬로 연결되어 있으며 서로 직렬로 연결되어 있는 제1 저항 및 제2 저항, 그리고 상기 출력 전압을 내보내는 출력단을 포함하고, 상기 출력 전압 보상부는, 상기 제1 저항과 상기 제2 저항 사이의 접점에 연결되어 있는 반전 단자, 상기 입력 전압과 상기 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제3 저항과 제4 저항 사이의 접점에 연결되어 있는 비반전 단자 및 출력 단자를 갖는 비교기, 그리고 상기 입력 전압에 연결되어 있는 소스, 상기 출력 전압부의 출력단에 연결되어 있는 드레인 및 제5 저항을 거쳐 상기 비교기의 출력 단자에 연결되어 있는 게이트를 갖는 트랜지스터를 포함한다.

이 때, 상기 비교기는 상기 반전 단자로 입력되는 전압이 상기 비반전 단자로 입력되는 전압보다 높을 수 있다.

또한, 상기 트랜지스터는 상기 비교기가 로우 신호를 출력하면 턴 오프되고, 상기 비교기가 하이 신호를 출력하면 턴 온될 수 있다.

한편, 상기 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터일 수 있다.

이하, 이 발명의 실시예를 도2를 참조로 하여 설명한다.

도2는 이 발명의 실시예에 따른 TFT-LCD 구동 전원 안정화 회로도이다.

도2에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 TFT-LCD 구동 전원 안정화 회로는,

스위칭 레귤레이터 IC(100)와, 직류-직류 컨버터(200)와, 출력 전압 보상부(300)와, 출력부(400)로 이루어진다.

스위칭 레귤레이터 IC(100)는 여기서 LT1174 칩을 사용하나, 이외에 스위칭 레귤레이터 기능을 하는 칩을 사용할 수 있다. 스위칭 레귤레이터 IC(100)는 칩에 형성된 다수의 핀 중 입력 전압(Vin)을 입력받는 핀(P1)과 스위칭 펄스를 출력하는 핀(P2)과 접지 전압에 연결된 핀(P3), 피드백 입력을 받는 핀(P4) 만을 도시하였다.

직류-직류 컨버터(200)는 스위칭 레귤레이터 IC(100)의 핀(P2)에 캐소드가 연결되고 애노드가 접지된 스위칭 다이오드(D), 두 핀(P2, P4) 사이에 연결되어 있는 쵸크 코일 인덕터(L1), 그리고 두 핀(P3, P4) 사이에 연결되어 있는 커패시터(C1)로 이루어진다.

출력부(400)는 커패시터(C1)에 병렬로 연결되어 있으며 서로 직렬로 연결되어 있는 한 쌍의 저항(R1, R2)으로 이루어진다.

출력 전압 보상부(300)는 복수의 저항(R3, R4, R5)과 NMOS 트랜지스터(NM1) 및 비교기(COM)를 포함한다.

NMOS 트랜지스터(NM1)는 입력 전압(Vin)에 연결된 드레인과 저항(R5)을 거쳐 비교기(COM)의 출력단에 연결되어 있는 게이트와 출력 단자(OUT)에 연결된 소를 갖는다. 비교기(COM)의 반전 단자(-)는 두 저항(R1, R2) 사이에 연결되어 있으며, 비반전 단자(+)는 두 저항(R3, R4) 사이에 연결되어 있으며, 두 저항(R3, R4)은 입력 전압(Vin)과 접지 전압 사이에 연결되어 있다.

여기서, 회로내 입력되는 입력 전원(Vin)은 약 5V이며, 출력 전압(Vo)은 3.3V가 안정적으로 출력되어야 한다.

상기 안정적인 출력 전압(Vo)을 위해 출력 전압(Vo)이 정상적인 출력인 3.3V를 출력할 때, 비교기(COM)의 반전 단자로 입력되는 전압이 비반전 단자로 입력되는 전압보다 높게 설정한다. 이것은 저항(R1,R2,R3,R4) 값을 적절히 조절함에 따라 가능하다. 이때, 비교기의 출력이 출력전압의 변화에 민감하도록 하기 위해 비교기의 각 단자에 입력되는 전압의 차가 작아야 한다.

여기서, 저항(R1,R2)의 접점 전압(Va)은 { R2} over {R1+R2} TIMES Vo 이고, 저항 (R3, R4)의 접점 전압(Vb)은 { R4} over {R3+R4} TIMES Vin 이며, Va와 Vb의 차는 가능한한 작도록 설정한다.

이상과 같이 구성된 이 발명의 실시예에 따른 회로에 5V의 입력 전압(Vin)이 인가되면, 스위칭 레귤레이터 IC(100)는 핀(P1)을 통해 입력 전압(Vin)을 입력받아 펄스 폭 제어를 수행하여 일정한 스윙 펄스를 핀(P2)을 통해 직류-직류 컨버터(200)로 출력한다.

직류-직류 컨버터(200)는 인가되는 스위칭 펄스의 전압 레벨을 스위칭 다이오드(D)로 클램핑시켜 쵸크 코일 인덕터(L1)에 인가되도록 한다. 쵸크 코일 인덕터(L1)는 인가되는 스윙 펄스를 자체 부하가 요구하는 레벨을 가진 선형적인 직류 전류로 변환시켜 출력한다.

그러면, 커패시터(C1)는 쵸크 코일 인덕터(L1)로부터 출력되는 직류 전압을 충전한 후 출력부(400)와 스위칭 레귤레이터 IC(100)로 방전한다.

스위칭 레귤레이터 IC(100)는 피드백 입력되는 출력 전압(Vo)을 핀(P4)을 통해 입력받아 출력 전압(Vo)이 정상 출력인지를 판단하여 그에 해당하는 펄스 폭 제어를 수행한다. 즉, 스위칭 레귤레이터 IC(100)는 출력 전압(Vo)이 정상이면 현재 핀(P2)으로 출력되는 스윙 펄스를 유지하고, 출력 전압(Vo)이 정상이 아니면 듀티 사이클을 조정하는 펄스 폭 제어를 수행하여 스윙 펄스의 폭을 가변시킨다.

한편, 출력부(400)는 직류-직류 컨버터(200)의 출력 전류를 전압으로 변환시켜 출력 전압(Vo)으로 출력한다.

이때, 출력 전압(Vo)은 3.3V를 가지게 되는데, 이것은 직류-직류 컨버터(200)의 스위칭 다이오드(D)와 쵸크 코일 인덕터(L1)의 특성을 조절함에 의해 가능하다.

한편, 상기와 같이 출력 전압(Vo)이 3.3V를 가질 때 출력 전압 보상부(300)의 비교기(COM)로 입력되는 반전 입력 전압은 초기 설정대로 비반전 입력 전압보다 높게 되며, 이에 따라 비교기(COM)는 로우 레벨(low level)의 신호를 출력한다.

비교기(COM)의 로우 신호는 저항(R5)을 거쳐 NMOS 트랜지스터(NM1)의 게이트로 인가되는데, 이때 게이트에 인가되는 전압은 NMOS 트랜지스터(NM1)의 임계 전압에 미달되므로 NMOS 트랜지스터(NM1)를 오프되도록 한다.

결국, 출력 전압 보상부(300)는 출력 전압(Vo)이 정상적인 출력을 나타낼 경우 아무런 동작을 하지 않는다.

그러나, 출력부(400) 부하의 변동에 의해 출력 전압의 드롭(drop)이 발생하면 이 발명의 실시예에 따른 회로는 아래와 같이 동작한다.

여기서, 스위칭 레귤레이터 IC(100)와, 직류-직류 컨버터(200)의 동작은 상기에서 설명한 동작을 계속적으로 수행한다.

이때, 출력부(400) 부하의 변동이 발생하여 출력 전압(Vo)이 급격히 떨어지면, 출력부(400)의 저항(R1,R2)의 접점 전압(Va)은 규정치보다 떨어지게 된다.

그에 따라 비교기(COM)의 반전 단자로 입력되는 전압은 비반전 단자로 입력되는 전압(Vb)보다 낮아지며, 그 결과로 비교기(COM)는 하이 신호를 출력한다.

비교기(COM)의 하이 신호는 저항(R5)을 거쳐 NMOS 트랜지스터(NM1)의 게이트에 인가되는데, 이때 게이트에 인가되는 전압은 NMOS 트랜지스터(NM1)를 턴 온시키는 임계전압이다.

결국, 비교기(COM)의 출력이 로우이면 NMOS 트랜지스터(NM1)는 턴 오프되고, 비교기(COM)의 출력이 하이이면 NMOS 트랜지스터(NM1)는 턴 온된다.

상기와 같이 NMOS 트랜지스터(NM1)가 턴 온되면, NMOS 트랜지스터(NM1)를 도통한 입력 전압 성분이 출력 전압(Vo)과 가산된다.

따라서, 상기와 같은 NMOS 트랜지스터(NM1)의 스위칭 동작에 따라 출력 전압(Vo)의 드롭시 추가적인 전압이 출력 전압(Vo)에 더해지게 되어 출력 전압(Vo)의 보상이 이루어진다.

여기서, 입력 전압(Vin)이 5V라고 해서, 출력 전압(Vo)에 추가되는 전압이 5V가 되지 않는다. 이는 NMOS 트랜지스터(NM1)가 게이트와 드레인 사이의 전압 차이로 인해 턴 온 또는 턴 오프되는 특성 때문으로, 실질적으로 출력 전압(Vo)에 추가되는 전압은 4V내외이다.

그리고, 상기와 같이 NMOS 트랜지스터(NM1)를 도통한 4V내외의 전압이 모두 출력 전압(Vo)에 추가되지 않는다. 이는 4V내외의 전압이 출력 전압(Vo)에 추가될 때, 비교기(COM)는 항상 출력 전압(Vo)의 레벨을 검출하기 때문이다.

즉, 비교기(COM)는 입력 전압(Vin)이 추가됨에 따라 증가하는 출력 전압(Vo)을 저항(R1,R2)의 접점 전압으로 검출하여, 비반전 단자로 입력되는 전압보다 커질 때 로우 신호를 출력함으로써 NMOS 트랜지스터(NM1)를 턴 오프시킨다. 이렇게 NMOS 트랜지스터(NM1)가 턴 오프되면 출력 전압(Vo)의 증가가 억제된다.

따라서, 출력 전압 보상부(300)는 상기와 같이 출력 전압(Vo)이 증가될 때 NMOS 트랜지스터(NM1)를 오프시킴으로써 회로의 동작이 초기 상태로 되돌아가도록 한다.

결국, 이 발명은 상기와 같은 동작에 의해 출력 전압(Vo)의 레벨을 항상 안정화시킬 수 있다.

이 발명은 입력 전압의 변동 또는 출력 부하의 변동이 있더라도 출력되는 전압의 레벨을 안정화시킨다.

Claims

구동 전원 안정화 회로를 갖는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치로서,

입력 전원에 따라 동작하여 일정한 스위칭 펄스를 출력하고, 피드백 입력되는 상기 구동 전원 안정화 회로의 출력 전압에 따라 펄스 폭 제어를 수행하여 상기 스위칭 펄스의 듀티 사이클을 제어하는 스위칭 레귤레이터부,

상기 스위칭 레귤레이터부에 연결되어 있으며 상기 스위칭 레귤레이터부의 출력 전압을 부하가 요구하는 직류 전류로 변환하는 DC-DC 컨버터,

상기 DC-DC 컨버터에서 출력하는 직류 전류를 전압 형태로 변환시켜 출력하는 출력 전압부, 그리고

상기 출력 전압의 변동에 따라 상기 출력 전압을 보상하는 출력 전압 보상부를 포함하고,

상기 스위칭 레귤레이터부는 상기 입력 전압에 연결된 제1 핀, 상기 스위칭 펄스를 내보내는 제2 핀, 접지 전압에 연결된 제3 핀, 그리고 상기 출력 전압을 입력받는 제4 핀을 포함하고,

상기 DC-DC 컨버터는 상기 제2 핀과 상기 제3 핀 사이에 병렬로 연결되어 있는 스위칭 다이오드, 상기 제2 핀과 상기 제4 핀 사이에 연결되어 있는 인덕터, 그리고 상기 제3 핀과 상기 제4 핀 사이에 연결되어 있는 커패시터를 포함하며,

상기 출력 전압부는 상기 커패시터에 병렬로 연결되어 있으며 서로 직렬로 연결되어 있는 제1 저항 및 제2 저항, 그리고 상기 출력 전압을 내보내는 출력단을 포함하고,

상기 출력 전압 보상부는

상기 제1 저항과 상기 제2 저항 사이의 접점에 연결되어 있는 반전 단자, 상기 입력 전압과 상기 접지 전압 사이에 연결되어 있는 제3 저항과 제4 저항 사이의 접점에 연결되어 있는 비반전 단자 및 출력 단자를 갖는 비교기, 그리고

상기 입력 전압에 연결되어 있는 소스, 상기 출력 전압부의 출력단에 연결되어 있는 드레인 및 제5 저항을 거쳐 상기 비교기의 출력 단자에 연결되어 있는 게이트를 갖는 트랜지스터

를 포함하는

구동 전원 안정화 회로를 갖는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 비교기는 상기 반전 단자로 입력되는 전압이 상기 비반전 단자로 입력되는 전압보다 높은 구동 전원 안정화 회로를 갖는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치.
제2항에서,

상기 트랜지스터는 상기 비교기가 로우 신호를 출력하면 턴 오프되고, 상기 비교기가 하이 신호를 출력하면 턴 온되는 구동 전원 안정화 회로를 갖는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터인 구동 전원 안정화 회로를 갖는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치.