KR102034550B1 - 전원공급장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

전원공급장치가 개시된다. 전원공급장치는, 입력 커패시터를 포함하며 DC 전압을 입력받는 입력부, 출력 커패시터를 포함하며 입력된 DC 전압을 컨버팅하여 출력하는 컨버터부 및 기준 전압에 대응되는 전압을 출력하도록 컨버터부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

전원공급장치 및 그 제어 방법{POWER SUPPLY AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 전원공급장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 디스플레이 장치의 구동 전압을 변경하기 위한 전원공급장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근 각광받는 LCD, LED(UHD포함) 및 OLED 디스플레이의 장치 내 패널의 구동 전압은 전원공급장치에 연결된 DC/DC 스위칭 컨버터를 이용하여 생성될 수 있다. 주로 Buck 또는 synchronous buck 형태의 DC/DC 컨버터 회로가 많이 이용될 수 있다.
이때, 디스플레이 장치의 동작 중 백라이트 최적화를 위해 실시간으로 전압 변경이 필요한 경우가 발생할 수 있고, 실시간으로 전압을 변경하기 위해서는 전압제어모드나 전류제어모드의 내부 기준치를 변경하여 구현할 수 있다.
디스플레이 장치 내 구동 전압의 변경이 요구될 때 전압의 변경속도는 DC/DC 컨버터의 출력 커패시터 용량과 DC/DC 컨버터의 전압/전류 제어기의 특성, DC/DC 컨버터의 입력전압 및 부하조건에 의해 결정된다. 이때, 전압을 낮추는 경우는 제어기의 성능과 관계없이 주로 출력 커패시터의 용량과 부하상태에 의해 결정된다.
한편, UHD용 LED 백라이트 및 OLED용 구동전압 생성 DC/DC 컨버터의 경우는 전력량이 커서 큰 출력 커패시터 값을 가지기 때문에 부하가 없는 조건에서 구동전압을 낮추기 위해서는 많은 시간이 필요하게 되었다.
따라서, 패널의 전압변경 요구시간을 만족하지 못하여 화질을 저해하거나, 소비전력이 증가하는 문제점이 발생하게 되었다.
본 발명의 목적은 구동전압의 변경을 기존보다 빠르게 변경하고 무부하 조건에서 전압을 빠르게 낮추어 화질 및 소비전력에 영향을 주지 않기 위한 전원공급장치 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전원공급장치는 입력 커패시터를 포함하며 DC 전압을 입력받는 입력부, 출력 커패시터를 포함하며 상기 입력된 DC 전압을 컨버팅하여 출력하는 컨버터부 및 기준 전압에 대응되는 전압을 출력하도록 상기 컨버터부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 기준 전압이 변경되면 상기 변경된 기준 전압에 기초하여 상기 출력 커패시터에 저장된 전압을 상기 입력 커패시터로 제공하도록 상기 컨버터부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 입력부는 상기 입력된 DC 전압을 조정하여 상기 입력 커패시터로 제공하는 레귤레이터를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 출력 커패시터로부터 제공된 전압을 상기 입력 커패시터에 저장하기 위해 상기 입력 커패시터에 저장되는 상기 입력된 DC 전압의 크기를 조정하도록 상기 레귤레이터를 제어할 수 있다.
또한, 상기 컨버터는 일 단이 상기 입력 커패시터의 일 단과 연결되는 제1 스위칭부, 일 단이 상기 제1 스위칭부의 타 단과 연결되고 타 단이 상기 입력 커패시터의 타 단에 연결되는 제2 스위칭부, 일 단이 상기 제1 스위칭부의 타 단 및 상기 제2 스위칭부의 일단과 연결되는 인덕터 및 일 단이 상기 인덕터의 타 단과 연결되고 타 단이 상기 제2 스위칭부의 타 단에 연결되는 출력 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 인덕터에 흐르는 전류 방향을 변경하기 위한 전류 오프셋을 생성하고 상기 기준 전압을 조정하는 가변전압 구동회로부, 상기 인덕터에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부, 상기 출력 커패시터의 전압을 검출하는 전압 검출부 및 상기 전류 오프셋, 상기 검출된 인덕터 전류, 상기 검출된 출력 커패시터의 전압 및 상기 변경된 기준 전압에 기초하여 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 제어하는 PWM 신호를 생성하는 PWM 신호생성부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가변전압 구동회로부는 상기 기준 전압이 상기 PWM 신호 생성부로 입력되는 시점에 동기하여 상기 전류 오프셋을 상기 전류 검출부로 출력할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 기준 전압에 기초하여 상기 전류 오프셋를 생성하도록 상기 가변 전압 구동회로부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 기준 전압 및 상기 전류 오프셋은 동일 프레임 구간 내에서는 일정하게 유지되지만, 프레임 전환시 변경 가능할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 변경된 기준 전압에 기초하여 PWM 신호의 듀티비를 조정하고 상기 조정된 PWM 듀티비에 대응되는 전압을 출력하도록 제어할 수 있다.
또한, 디스플레이 장치는 디스플레이 패널부 및 상기 디스플레이 패널부에 기준 전압에 대응되는 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하며, 상기 전원 공급부는 입력 커패시터를 포함하며 DC 전압을 입력받는 입력 모듈, 출력 커패시터를 포함하며 상기 입력된 DC 전압을 컨버팅하여 출력하는 컨버팅 모듈 및 상기 기준 전압이 변경되면 상기 변경된 기준 전압에 기초하여 상기 출력 커패시터에 저장된 전압을 상기 입력 커패시터로 제공하도록 상기 컨버팅 모듈을 제어하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원공급장치의 제어 방법은, DC 전압을 입력받는 단계, 상기 입력된 DC 전압을 기준 전압에 대응되도록 컨버팅하는 단계 및 상기 컨버팅된 전압을 출력하는 단계를 포함하며, 상기 컨버팅하는 단계는 상기 기준 전압이 변경되면 상기 변경된 기준 전압에 기초하여 상기 출력 커패시터에 저장된 전압을 상기 입력 커패시터로 제공할 수 있다.
여기서, 상기 출력 커패시터로부터 제공된 전압을 상기 입력 커패시터에 저장하기 위해 상기 입력 커패시터에 저장되는 상기 입력된 DC 전압의 크기를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 컨버터에 포함된 인덕터에 흐르는 전류 및 상기 출력 커패시터의 전압을 검출하는 단계 및 상기 컨버터에 포함된 인덕터에 흐르는 전류 방향을 변경하기 위한 전류 오프셋을 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 컨버팅하는 단계는 상기 전류 오프셋, 상기 검출된 인덕터 전류, 상기 검출된 출력 커패시터의 전압 및 상기 변경된 기준 전압에 기초하여 상기 컨버터에 포함된 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 제어하기 위한 PWM신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 전류 오프셋을 생성하는 단계는 상기 기준 전압에 기초하여 상기 전류 오프셋을 생성할 수 있다.
또한, 상기 기준 전압 및 상기 전류 오프셋은 동일 프레임 구간 내에서는 일정하게 유지되지만, 프레임 전환시 변경 가능할 수 있다.
또한, 상기 변경된 기준 전압에 기초하여 PWM 신호의 듀티비를 조정하고, 상기 조정된 PWM 듀티비에 대응되는 전압을 광원으로 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 인덕터 전류를 음의 값으로 만들어 출력 커패시터의 전압을 입력 커패시터로 회수할 수 있게 되어 별도의 소비전력 증가가 없으며, 회수되는 전력량에 따라 전압의 변경 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 에에 따른 전원공급장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원공급장치의 상세 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원공급장치의 동작 파형을 도시한 도면이다.
도 4는 제어부의 PWM 신호생성부, 전류 검출부, 전압 검출부 및 전류 오프셋 회로를 상세히 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원공급장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원공급장치의 출력 커패시터에 저장된 전압을 입력 커패시터로 제공하기 위하여 전류 오프셋과 PWM 신호를 생성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 에에 따른 전원공급장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 따르면 전원공급장치(100)는 입력부(110), 컨버터부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
전원공급장치(100)는 디스플레이 장치에 전원을 공급하는 기능을 하는 것으로, 디스플레이 장치의 구현 예에 따라 디스플레이 소자 또는 백라이트 광원 등에 전원을 공급할 수 있다.
디스플레이 소자의 경우에는 OLED(Organic Light Emitting Diodes)가 될 수 있다. OLED는 유기발광다이오드 또는 유기 EL이라고도 하며, 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 '자체발광형 유기물질'을 말한다.
또한, 낮은 전압에서 구동이 가능하고 얇은 박형으로 만들 수 있으며, 넓은 시야각과 빠른 응답속도를 갖고 있어 휴대전화나 카오디오, 디지털카메라와 같은 소형기기의 디스플레이에 주로 사용하고 있다.
상기 기술한 대로, OLED는 스스로 빛을 낼 수 있어 백라이트가 필요가 없으므로 전원공급장치(100)는 직접 OLED에 전류를 흘려 발광시킬 수 있다.
한편, LCD(Liquid Crystal Display)는 액정표시장치 또는 액정디스플레이라고도 한다. CRT와는 달리 자기발광성이 없어 후광이 필요하지만 동작 전압이 낮아서 소비전력이 적고 휴대용으로 쓰일 수 있다. 자기발광성이 없어 백라이트부가 필요하며, 전원공급장치(100)는 백라이트부에 전원을 공급할 수 있다.
입력부(110)는 입력 커패시터를 포함하며 DC 입력을 입력받는다. 여기서, 입력 커패시터는 진공관의 입력 단자 간의 정전 용량을 뜻하며 전압이 인가될 경우 전하가 커패시터 내부에 저장되면서 DC 전원으로부터 인가되는 전압을 저장할 수 있다.
또한, 입력부(110)는 입력된 DC 전압을 조정하여 입력 커패시터로 제공하는 레귤레이터(미도시)를 포함할 수 있다. 여기서, 레귤레이터(미도시)의 역할은 들어오는 전압이 변동하거나 소비전류가 변동해도 항상 일정한 전압을 유지하도록 만드는 것이다.
따라서, 입력 커패시터는 입력된 DC 전압의 크기만큼 충전되는 것이 일반적이지만, DC 전압 소스가 아닌 다른 소자로부터 전압이 인가되면 제어부(130)는 레귤레이터(미도시)를 제어하여 DC 전압의 입력을 조절하여 입력 커패시터의 양단의 전압이 항상 일정하게 유지되도록 만들 수 있다.
컨버터부(120)는 출력 커패시터를 포함하며, 입력된 DC전압을 컨버팅하여 출력할 수 있다. 여기서, 컨버터부(120)는 DC-DC 컨버터 예를 들면, 벅 컨버터, 동기벅 컨버터, 부스트 컨버터와 같은 회로들로 구현될 수 있으며, 스위칭 방식의 PWM 컨버터도 사용될 수 있다.
구체적으로, DC-DC 컨버터는 어떤 전압의 직류전원에서 다른 전압의 직류전원으로 변환하는 전자회로 장치를 말한다.
따라서, DC-DC 컨버터로 구현된 컨버터부(120)는 DC 전압 소스로부터 입력된 전압을 다른 전압의 직류 전압으로 변환시키는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 스위칭 방식의 PWM 컨버터는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 이용하여 스위칭부를 제어함으로써 출력 전압의 평균치가 DC 전압이 될 수 있도록 할 수 있다.
제어부(130)는 기준 전압에 대응되는 전압을 출력하도록 컨버터부(120)를 제어할 수 있다. 여기서, 제어부(130)는 기준 전압이 변경되면, 변경된 기준 전압에 기초하여 출력 커패시터에 저장된 전압을 입력 커패시터로 제공하도록 컨버터부(120)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 장치에서 영상을 표시하는 경우, 프레임이 전환되는 경우에는 영상 정보가 변경될 수 있고 영상 정보가 변경되면 광원의 밝기가 변할 수 있어 기준 전압을 변경할 필요성이 생기게 된다. 여기서, 제어부(130)는 변경된 기준 전압에 대응되는 전압을 출력하기 위해 출력 커패시터에 저장된 전압을 입력 커패시터로 제공함으로써 변경된 기준 전압에 대응되는 전압을 빠르게 변경하여 출력할 수 있다.
한편, 동일 프레임 구간 내에서는 영상 정보가 바뀌지 않으므로 기준 전압이 일정하게 유지되므로 제어부(130)는 출력 커패시터에 저장된 전압을 입력 커패시터로 제공하도록 컨버터부(120)를 제어할 필요가 없으나, 프레임이 전환되는 경우에는 영상 정보가 바뀌게 되어 기준 전압이 변경될 수 있고, 따라서, 제어부(130)는 변경된 기준 전압에 기초하여 출력 커패시터에 저장된 전압을 입력 커패시터로 제공하도록 컨버터부(120)를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 제어 펄스의 펄스 폭 변조에 따라 제어를 수행할 수 있으며, 예를 들어 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 따라 PWM 제어를 위한 스위칭 신호를 공급하는 PWM 신호 생성부로 구현될 수 있다.
한편, 제어부(130)는 변경된 기준 전압에 기초하여 PWM 신호의 듀티비를 조정할 수 있고, 조정된 PWM 듀티비에 대응되는 전압을 출력할 수 있다. 여기서 듀티비는 한 주기의 PWM 신호 내에서 ON 신호가 차지하는 비율을 뜻하며, ON 신호가 차지하는 비율에 따라서 원하는 전압을 출력할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원공급장치(100)의 상세 블럭도 및 본 발명의 일 실시 예에 따른 신호 파형도를 참고하여 본 발명에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원공급장치(100)의 상세 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원공급장치(100)의 동작 파형을 도시한 도면이다.
입력부(110)는 DC 전압을 인가하는 전원 소스(111), 입력 커패시터(112) 및 레귤레이터(미도시)를 포함할 수 있다. 입력 커패시터 및 레귤레이터(미도시)의 기능은 상기 기술한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
한편, 제어부(130)는 출력 커패시터로부터 제공되는 전압을 입력 커패시터(112)에 저장할 수 있도록, 레귤레이터(미도시)를 이용하여 입력 커패시터(112)에 저장되는 입력된 DC 전압의 크기를 조정함으로써 출력 커패시터로부터 제공되는 전압을 저장하기 위한 정전 용량을 확보할 수 있다.
따라서, 제어부(130)는 출력 커패시터(124)의 저장된 전압을 입력부(110)로 회수할 수 있다.
컨버터부(120)는 일 단이 입력 커패시터(112)의 일 단과 연결되는 제1 스위칭부(121), 일 단이 상기 제1 스위칭부(121)의 타 단과 연결되고 타 단이 입력 커패시터(112)의 타 단에 연결되는 제2 스위칭부(122), 일 단이 제1 스위칭부(121)의 타 단 및 제2 스위칭부(122)의 일단과 연결되는 인덕터(123) 및 일 단이 인덕터(123)의 타 단과 연결되고 타 단이 제2 스위칭부(122)의 타 단에 연결되는 출력 커패시터(124)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 스위칭부(121) 및 제2 스위칭부(122)는 트랜지스터를 사용한 스위치 또는 일반적인 ON/OFF 스위칭 소자들로 구현될 수 있다.
또한, 제1 스위칭부(121)가 연결되었을 때는 전원 소스(111)에서 광원(140)쪽으로 전류가 흐르게 되고 제2 스위칭부(122)가 연결되었을 때는 인덕터(123)과 출력 커패시터(124)를 포함하는 폐회로가 생성될 수 있다. 여기서, 인덕터(123)는 전류의 변화량에 비례하여 전압을 유도하는 코일로써, 회로에 흐르고 있는 전류의 변화에 따라 전자기유도로 생기는 기전력에 의해 전류를 계속 흐르게 하는 기능이 있다.
따라서, 제2 스위칭부(122)가 연결되었을 때, 전원 소스(111)로부터 인가되는 전원 공급은 중단되지만, 인덕터(123)의 성질에 의하여 출력 캐패시터(124)쪽으로 계속 전류를 흐르게 할 수 있고, 소정의 시간이 경과하게 되어 기전력이 0이 되면 전류는 흐르지 않게 된다. 여기서, 출력 캐패시터(124)는 흐르는 전류에 의하여 계속 충전이 가능할 수 있다.
따라서, 도 3에 도시된 인덕터 전류의 파형(330)과 같이 정상상태(311) 즉, 동일 프레임 구간 내에서는 제어부(130)에 의하여 제1 스위칭부(121)가 ON이 되고, 제2 스위칭부(122)가 OFF되면 광원(140)쪽으로 흐르는 인덕터 전류가 증가하고, 제1 스위칭부(121)가 OFF되고 제2 스위칭부(122)가 ON이 되면 광원(140)쪽으로 흐르는 인덕터 전류는 감소하게 된다.
따라서, 제어부(130)에 의해 제1 및 제2 스위칭부가 교번적으로 ON/OFF 동작을 반복하게 되면 도 3에 도시된 정상상태(311)에서의 인덕터 전류의 파형(330)과 같이 삼각파 형태가 나타나게 된다.
한편, 정상상태(311)에서의 인덕터 전류의 삼각파 형태에서의 최고점과 최저점의 평균값이 컨버터부(120)의해 출력되는 전압값이 된다.
따라서, 컨버터부(120)는 제어부(130)에 의해 교번적으로 제어되는 제1 및 제2 스위칭부(121,122)의 동작에 의하여 입력부(110)로 입력되는 DC 전압값으로부터 원하는 출력 전압으로 변경할 수 있다.
제어부(130)는 인덕터(123)에 흐르는 전류 방향을 변경하기 위한 전류 오프셋(134-2)을 생성하고 기준 전압(134-1)을 조정하는 가변전압 구동회로부(134), 인덕터(123)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부(133), 출력 커패시터(124)의 전압을 검출하는 전압 검출부(132) 및 전류 오프셋(134-2), 검출된 인덕터 전류(133-1), 검출된 출력 커패시터의 전압(132-1) 및 변경된 기준 전압(134-1)에 기초하여, 제1 및 제2 스위치(121,122)를 교번적으로 제어하는 PWM 신호(131-1,131-2)를 생성하는 PWM 신호생성부(131)를 포함할 수 있다. 여기서, PWM 신호(131-1,131-2)는 제1 스위칭부(121)를 ON/OFF 시키는 PWM_H 의 신호(131-1)와 제2 스위칭부(122)를 ON/OFF 시키는 PWM_L 의 신호(131-2)로 구성될 수 있다.
또한, 제어부(130)는 기준 전압(134-1)에 기초하여 전류 오프셋(134-2)을 생성하도록 가변 전압 구동회로부(134)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 가변전압 구동회로부(134)는 전류 오프셋(134-2)을 조정하고, 변경된 기준 전압(134-1)을 PWM 신호생성부(131)로 전달할 수 있다. 여기서, 전류 오프셋(134-2)은 인덕터(123)에 흐르는 전류 방향을 변경하기 위하여 생성되는 것으로, 실제 인덕터 전류(133-1)와 전류 오프셋(134-2)이 더해져 전류 검출부(133)에서 검출된 실제 인덕터 전류(133-1)보다 큰 검출값이 PWM 신호생성부(131)로 전달될 수 있다.
또한, 변경된 기준 전압(134-1)은 프레임이 전환되는 경우 영상 정보에 따라 광원의 밝기를 조절하기 위해 광원 구동 보드(150)와 가변전압 구동회로부(134)에 의해 결정될 수 있다.
즉, 프레임이 전환되는 경우 밝은 영상에서 어두운 영상으로 변경되면, 광원의 밝기가 감소하므로 광원구동보드(150)와 가변전압 구동회로부(134)에 의해 기준 전압(134-1)이 낮게 변경될 수 있다.
한편, 가변전압 구동회로부(134)는 기준 전압(134-1)이 PWM 신호생성부(131)로 입력되는 시점에 동기하여 전류 오프셋(134-2)을 전류 검출부(133)로 출력할 수 있다. 따라서, 변경된 기준 전압(134-1)과 동기하여 전류 검출부(133)에서 검출된 실제 인덕터 전류(133-1)와 전류 오프셋(134-2)이 더해진 값이 PWM 신호생성부(131)로 입력될 수 있다.
여기서, PWM 신호생성부(131)의 구동 특성에 의하면 전류 오프셋(134-2)에 의해 전류의 검출값이 증가하고, 변경된 기준 전압(134-1)은 기존의 출력 전압보다 낮아지게 되므로 변경된 기준 전압(134-1)에 대응하는 전압을 출력하기 위해서는 제어부(130)는 PWM 신호생성부(131)의 PWM 신호 중 전력을 광원으로 전달하려는 PWM_H의 ON신호를 급격히 줄일 수 있다.
한편, 제1 및 제2 스위치를 제어하는 PWM_H 신호(131-1)와 PWM_L 신호(131-2)는 제1 및 제2 스위치(121,122)를 교번적으로 제어하기 위하여 PWM 신호생성부(131)로부터 파형이 반대로 생성된다.
따라서, 기존의 출력 전압보다 낮은 변경된 기준 전압에 대응하는 전압을 출력하기 위해 PWM 신호 생성부(131)가 PWM_H의 ON 신호를 급격히 줄이게 되면, 그와 반대로 PWM_L의 ON 신호가 급격히 늘어나게 된다.
그리고, PWM_H의 ON 신호가 줄어들게 되면 컨버터부(120)로 들어오는 DC 전압의 입력이 소정의 시간 동안 차단되고, PWM_L의 ON 신호가 늘어나게 되면서 광원(140)쪽으로 흐르는 인덕터(123)의 전류는 감소하게 된다.
한편, 전류 오프셋(134-2)이 PWM 신호생성부(131) 내부의 전류 제어기 또는 비교기의 기 설정된 기준값보다 증가하게 되면 실제 인덕터 전류는 음의 값으로 떨어지게 된다.
즉, 전류 오프셋(134-2)이 기 설정된 기준값보다 증가하게 되면 PWM 신호생성부(131)에 입력되는 전류의 검출값은 기 설정된 기준값 이상으로 커지게 되고, 이에 따라, 제어부(130)는 기존의 출력 전압보다 낮게 변경된 기준 전압에 대응하는 전압을 출력하기 위해서는 PWM_H(131-1)의 ON 신호를 더 줄이고 PWM_L(131-2)의 ON 신호를 더 늘려서 실제 인덕터 전류를 전원 소스(111) 쪽 방향으로 흐를 수 있도록 제어할 수 있다.
여기서, PWM_L(131-2)의 ON 신호가 늘어남에 따라 실제 인덕터 전류는 전원 소스(111)쪽 방향으로 흐르게 될 수 있고, 이때 PWM_H(131-1)의 ON 신호가 최소치 이상으로 입력되면 출력 캐패시터(124)에 저장된 전압을 입력 캐패시터(112)로 옮길 수 있다.
최소치 PWM_H(131-1)신호는 PWM 신호생성부(131)에 따라 달라질 수 있다.
도 3에 도시된 동작 파형은 상기 기술한 내용에 따른 PWM_H와 PWM_L의 파형(320), 인덕터 전류의 파형(330), 전류 검출부의 출력 파형(340), 전류 오프셋의 파형(350)), 기준 전압의 파형(360) 및 출력 전압의 파형(370)을 도시한 것이다.
기준 전압의 파형(360)은, 가변전압 구동회로부가 변경된 기준 전압을 출력하는 시점(310)을 나타낸 것이다.
전류 오프셋의 파형(350)은, 가변전압 구동회로부가 변경된 기준 전압을 출력하는 시점(310)에 동기하여 가변전압 구동회로부가 전류 오프셋을 출력함을 나타내고 있다. 이때, 전류 검출부에서 검출된 실제 인덕터 전류와 전류 오프셋이 더해진 값이 PWM 신호생성부로 입력될 수 있다.
그리고, PWM_H와 PWM_L 신호의 파형(320)은, PWM 신호생성부의 구동 특성에 의하여 전류 오프셋에 의해 전류의 검출값이 증가하고 변경된 기준 전압은 기존의 출력 전압보다 낮아지게 되므로 변경된 기준 전압에 대응하는 전압을 출력하기 위해 제어부가 PWM 신호생성부의 PWM 신호 중 전력을 광원으로 전달하려는 PWM_H의 ON신호를 급격히 줄이고 PWM_L의 ON신호를 급격히 늘리는 것을 나타낸다.
한편, 인덕터 전류의 파형(330)은, PWM_H의 ON신호가 줄어들고 PWM_L의 ON신호가 늘어남에 따라 광원 쪽으로 흐르는 인덕터 전류가 점점 감소하게 되고 전류 오프셋의 크기가 PWM 신호생성부 내부의 전류 제어기 또는 비교기의 기 설정된 기준값보다 큰 경우라면, 인덕터 전류는 음의 값으로 동작하게 되어 전원 소스 방향 쪽으로 흐르게 됨을 나타낸다.
그리고, 과도기(312) 단계에서, 최소치의 PWM_H의 ON신호(321,322)가 입력될 때마다 인덕터 전류는 전원 소스 쪽으로 흐르게 되어, 출력 커패시터에 저장된 전압을 입력 커패시터로 옮길 수 있다.
전류 검출부 출력의 파형(340)은 인덕터 전류를 스케일 다운한 결과에 전류 오프셋을 더한 것을 나타낸다. 여기서, PWM 신호생성부는 전류 검출부 출력의 파형(340)과 기준 전압의 파형(360)을 비교하여 PWM_H와 PWM_L의 신호의 파형(320)을 출력할 수 있다.
한편, 출력 전압의 파형(370)은 PWM_H의 ON신호가 줄어들고 PWM_L의 ON신호가 늘어나며, 최소치의 PWM_H의 ON신호(321,322)가 입력됨에 따라, 출력 커패시터에 저장된 전압을 입력 커패시터로 옮길 수 있게 되어, 출력 전압이 변경된 기준 전압에 대응되도록 변경되는 것을 나타낸다.
또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 전원공급장치(100)는 보호부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
보호부(미도시)는 적어도 하나의 발광 소자(미도시) 및 전원공급장치(100)가 단락 상태로 판단되면, 적어도 하나의 발광 소자에 대한 보호 작업을 수행할 수 있다.
구체적으로, 보호부(미도시)는 전원공급장치(100)의 입력단에 인가되는 구동 전원을 차단하는 보호 작업을 수행할 수 있다.
예를 들어 보호부(미도시)는 과전압 보호 작업을 수행할 수 있다. 여기서, OVP(Over Voltage Protection) 작업은 일정 전압 이상되면 출력을 shutdown 시키는 기능으로, 예를 들어 발광 소자에 연결되어 전원을 인가하는 스위치를 오프시키는 작업이 될 수 있다.
그 밖에 보호부(미도시)는 OCP(Over Current Protection), OLP(Over Load Protection), OTP(Over Temperature Protection), OTP(Over Temperature Protection), SCP (Short Circuit Protection) 등의 보호 작업을 수행하는 것도 가능하다.
한편, 상술한 실시 예들에서는 제어부(130) 및 보호부(미도시)가 전원공급장치(100) 내에 구비되는 형태로 설명하였으나, 제어부(130) 및 보호부(미도시)는 전원공급장치(100)와 별개의 구성요소로 구현될 수 있다.
도 4는 제어부의 PWM 신호생성부, 전류 검출부, 전압 검출부 및 전류 오프셋 회로를 상세히 도시한 도면이다.
전압 오프셋의 입력을 통해 전류 오프셋을 생성하고 검출된 인덕터 전류에 더하여 OP-AMP로 입력되고, 검출된 출력 커패시터의 전압과 변경된 기준 전압이 OP-AMP로 입력되어, Q/S 래치로부터 Q/S 진리표에 의하여 PWM 신호가 생성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 5에 따르면, 디스플레이 장치(500)는 디스플레이 패널부(520)와 전원공급부(510)을 포함한다.
구체적으로, 전원공급부(510)는 입력 모듈(511), 컨버팅 모듈(512) 및 제어 모듈(513)을 포함할 수 있다. 여기서, 입력 모듈(511)은 입력 커패시터를 포함하며 DC 전압을 입력받을 수 있고, 컨버팅 모듈(512)은 출력 커패시터를 포함하며 입력된 DC 전압을 컨버팅하여 출력할 수 있으며, 제어 모듈(513)은 변경된 기준 전압에 기초하여 출력 커패시터에 저장된 전압을 입력 커패시터로 제공하도록 컨버팅 모듈(512)을 제어할 수 있다.
한편, 디스플레이 장치(500)는 LCD, LED(UHD포함) 및 OLED를 구비한 디스플레이 장치가 될 수 있다.
일반적으로 LCD TV는 자체적으로 발광할 수 없기 때문에 LCD 패널로 백라이트를 투사하는 LCD BLU를 포함한다. 이에 따라, 전원공급장치(100)는 LCD BLU로 전원을 공급한다.
또한, 디스플레이 패널부(520)는 LCD 패널로 구현될 수 있다. 여기서, LCD 패널은 LCD BLU에서 발생한 빛의 투과율을 조절하여 영상 신호를 가시화하여 화면에 디스플레이할 수 있다.
한편, 디스플레이 패널부(520)은 OLED 패널로 구현될 수 있다.
OLED는 스스로 빛을 낼 수 있어 백라이트가 필요가 없으므로 전원공급장치(100)는 직접 OLED에 전류를 흘려 발광시킬 수 있다.
그 밖에 디스플레이 장치(500)는 영상 입력부(미도시) 및 영상 처리부(미도시)를 포함할 수 있다.
영상 입력부(미도시)는 복수의 입력단자들을 구비하며, 이러한 입력단자들을 통해 비디오 플레이어나 DVD 플레이어와 같은 외부 장치로부터 제공되는 컴포넌트(Component) 영상 신호, S-VHS(Super-Video Home System) 영상신호, 및 컴포지트(Composite) 영상 신호 등을 입력받으며, 각각의 영상신호에 대응되는 음향신호를 입력받는다.
영상 처리부(미도시)는 영상 입력부로부터 입력되는 영상신호나 방송 컨텐츠에 대해 비디오 디코딩, 비디오 스케일링, FRC(Frame Rate Conversion) 등의 신호처리를 수행한다. 또한, 입력된 영상을 LCD 패널(미도시) 또느 OLED 패널에 적합한 형태로 변환한 영상신호를 생성하고, 또한 BLU의 밝기 제어신호를 생성할 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 본 전압제공장치(100)는 과전압 보호 기능을 위한 전압 센싱부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원공급장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6에 도시된 입력 커패시터 및 출력 커패시터를 포함하는 전원공급장치의 제어 방법에 따르면, 전원공급장치는 입력부를 통해 전원 소스로부터 DC 전압을 입력받을 수 있다(S610). 여기서, 입력 커패시터는 진공관의 입력 단자 간의 정전 용량을 뜻하며 전압이 인가될 경우 전하가 커패시터 내부에 저장되면서 DC 전원으로부터 인가되는 전압을 저장할 수 있다.
또한, 전원공급장치는 입력된 DC 전압을 기준 전압에 대응되도록 컨버팅할 수 있다(S620). 여기서, 컨버터부는 출력 커패시터를 포함하며, 입력된 DC전압을 컨버팅하여 출력할 수 있다.
한편, 컨버터부는 DC-DC 컨버터 예를 들면, 벅 컨버터, 동기벅 컨버터, 부스트 컨버터와 같은 회로들로 구현될 수 있으며, 스위칭 방식의 PWM 컨버터도 사용될 수 있다.
구체적으로, DC-DC 컨버터는 어떤 전압의 직류전원에서 다른 전압의 직류전원으로 변환하는 전자회로 장치를 말한다.
따라서, DC-DC 컨버터로 구현된 컨버터부는 DC 전압 소스로부터 입력된 전압을 다른 전압의 직류 전압으로 변환시키는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 스위칭 방식의 PWM 컨버터는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 이용하여 스위칭부를 제어함으로써 출력 전압의 평균치가 DC 전압이 될 수 있도록 할 수 있다.
제어부는 기준 전압에 대응되는 전압을 출력하도록 컨버터부를 제어할 수 있다. 여기서, 제어부는 기준 전압이 변경되면, 변경된 기준 전압에 기초하여 출력 커패시터에 저장된 전압을 입력 커패시터로 제공하도록 컨버터부를 제어할 수 있다.
또한, 컨버팅 단계(S620)는, 전류 오프셋, 검출된 인덕터 전류, 검출된 출력 커패시터의 전압 및 변경된 기준 전압에 기초하여 컨버터에 포함된 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 전원공급장치는 컨버팅된 전압을 출력할 수 있다(S630).
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원공급장치의 출력 커패시터에 저장된 전압을 입력 커패시터로 제공하기 위하여 전류 오프셋과 PWM 신호를 생성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
전원공급장치는 입력 커패시터에 저장되는 입력 DC 전압의 크기를 조정할 수 있다(S710). 여기서, 전원공급장치는 입력된 DC 전압을 조정하여 입력 커패시터로 제공하는 레귤레이터(미도시)를 포함할 수 있다.
한편, 레귤레이터(미도시)의 역할은 들어오는 전압이 변동하거나 소비전류가 변동해도 항상 일정한 전압을 유지하도록 만드는 것이다. 이에 따라, 전원공급장치는 출력 커패시터로부터 제공된 전압을 입력 커패시터에 저장하기 위해 레귤레이터(미도시)를 이용하여 입력 커패시터에 저장되는 입력된 DC 전압의 크기를 조정할 수 있다.
또한, 전원공급장치는 인덕터 전류 및 출력 커패시터의 전압을 검출할 수 있다(S720).
그리고, 전원공급장치는 전류 오프셋을 생성할 수 있다(S730).
여기서, 전원공급장치는 컨버터에 포함된 인덕터에 흐르는 전류 및 출력 커패시터의 전압을 검출하고, 기준 전압에 기초하여 인덕터에 흐르는 전류 방향을 변경하기 위한 전류 오프셋을 생성할 수 있다.
또한, 전원공급장치는 전류 오프셋, 검출된 인덕터 전류, 검출된 출력 커패시터의 전압 및 변경된 기준 전압에 기초하여 컨버터에 포함된 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 제어하기 위한 PWM 신호를 생성할 수 있다.
여기서, PWM 신호는 제1 스위칭부를 ON/OFF 시키는 PWM_H 의 신호와 제2 스위칭부를 ON/OFF 시키는 PWM_L 의 신호로 구성될 수 있다.
한편, 기준 전압 및 전류 오프셋은 동일 프레임 구간 내에서는 일정하게 유지되지만, 프레임 전환시 변경 가능한 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 동일 프레임 구간 내에서는 영상 정보가 바뀌지 않으므로 기준 전압이 일정하게 유지되어 제어부는 출력 커패시터에 저장된 전압을 입력 커패시터로 제공하도록 컨버터부를 제어할 필요가 없으나, 프레임이 전환되는 경우에는 영상 정보가 바뀌게 되어 기준 전압이 변경될 수 있고, 따라서, 제어부는 변경된 기준 전압에 기초하여 출력 커패시터에 저장된 전압을 입력 커패시터로 제공하도록 컨버터부를 제어할 수 있다.
이에 따라, 전원공급장치는 변경된 기준 전압에 기초하여 PWM 신호의 듀티비를 조정하고, 조정된 PWM 듀티비에 대응되는 전압을 광원으로 출력할 수 있다(S740). 여기서 듀티비는 한 주기의 PWM 신호 내에서 ON 신호가 차지하는 비율을 뜻하며, ON 신호가 차지하는 비율에 따라서 원하는 전압을 출력할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상술한 것과 같이 전원공급장치 또는 디스플레이 장치의 구동 방법을 실행하기 위한 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 디스플레이 장치 및 전원공급장치에 대해 도시한 상술한 블록도에서는 버스(bus)를 미도시하였으나, 디스플레이 장치 및 전원공급장치에서 각 구성요소 간의 통신은 버스를 통해 이루어질 수도 있다. 또한, 각 디바이스에는 상술한 다양한 단계를 수행하는 CPU, 마이크로 프로세서 등과 같은 프로세서가 더 포함될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100: 전원공급장치 110: 입력부
120: 컨버터부 130: 제어부
140: 광원 150: 광원구동보드
160: 영상보드 500: 디스플레이 장치
510: 전원공급부 520: 디스플레이 패널부
511: 입력 모듈 512: 컨버팅 모듈
513: 제어 모듈

Claims (15)

  1. 전원공급장치에 있어서,
    입력 커패시터를 포함하며, DC 전압을 입력받는 입력부;
    인덕터 및 출력 커패시터를 포함하며, 상기 입력된 DC 전압을 컨버팅하여 출력하는 컨버터부; 및
    기준 전압에 대응되는 상기 입력된 DC 전압을 컨버팅하도록 상기 컨버터부를 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 기준 전압을 변경하고, 상기 기준 전압이 변경되면, 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류 방향을 변경하기 위해 전류 오프셋을 생성하는 가변 전압 구동회로부를 포함하고,
    상기 인덕터를 통해 흐르는 전류와 전류 오프셋을 합산하는 가산기를 포함하고,
    상기 인덕터를 통해 흐르는 전류와 전류 오프셋의 합산 값을 검출하는 전류 검출부를 포함하고,
    상기 검출된 합산 값과 상기 변경된 기준 전압에 기초하여 상기 출력 커패시터에 저장된 전하를 상기 입력 커패시터로 제공하도록 상기 컨버터부를 제어하는 PWM 신호생성부를 포함하는 전원공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력부는,
    상기 입력된 DC 전압을 조정하여 상기 입력 커패시터로 제공하는 레귤레이터;를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 출력 커패시터로부터 제공된 전하를 상기 입력 커패시터에 저장하기 위해 상기 입력된 DC 전압의 크기를 조정하도록 상기 레귤레이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터부는,
    일 단이 상기 입력 커패시터의 일 단과 연결되는 제1 스위칭부;
    일 단이 상기 제1 스위칭부의 타 단과 연결되고, 타 단이 상기 입력 커패시터의 타 단에 연결되는 제2 스위칭부;
    일 단이 상기 제1 스위칭부의 타 단 및 상기 제2 스위칭부의 일단과 연결되는 인덕터; 및
    일 단이 상기 인덕터의 타 단과 연결되고, 타 단이 상기 제2 스위칭부의 타 단에 연결되는 출력 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 출력 커패시터의 전압을 검출하는 전압 검출부;를 더 포함하고,
    상기 PWM 신호생성부는,
    상기 전류 오프셋, 상기 검출된 인덕터 전류, 상기 검출된 출력 커패시터의 전압 및 상기 변경된 기준 전압에 기초하여, 상기 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 제어하는 PWM 신호를 생성하는 전원공급장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가변전압 구동회로부는,
    상기 기준 전압이 상기 PWM 신호 생성부로 입력되는 시점에 동기하여 상기 전류 오프셋을 상기 전류 검출부로 출력하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 전압에 기초하여 상기 전류 오프셋를 생성하도록 상기 가변 전압 구동회로부를 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기준 전압 및 상기 전류 오프셋은 동일 프레임 구간 내에서는 일정하게 유지되지만, 프레임 전환시 변경 가능한 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 변경된 기준 전압에 기초하여 PWM 신호의 듀티비를 조정하고, 상기 조정된 PWM 듀티비에 대응되는 전압을 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전원공급장치.
  9. 디스플레이 패널부; 및
    상기 디스플레이 패널부에 기준 전압에 대응되는 전원을 공급하는 전원 공급부;를 포함하며,
    상기 전원 공급부는,
    입력 커패시터를 포함하며 DC 전압을 입력받는 입력 모듈;
    인덕터 및 출력 커패시터를 포함하며, 상기 입력된 DC 전압을 컨버팅하여 출력하는 컨버팅 모듈; 및
    제어 모듈;를 포함하며,
    상기 제어 모듈은,
    상기 기준 전압을 변경하고, 상기 기준 전압이 변경되면, 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류 방향을 변경하기 위해 전류 오프셋을 생성하는 가변 전압 구동회로부를 포함하고,
    상기 인덕터를 통해 흐르는 전류와 전류 오프셋의 합산 값을 획득하는 가산기를 포함하고,
    상기 인덕터를 통해 흐르는 전류와 전류 오프셋의 합산 값을 검출하는 전류 검출부를 포함하고,
    상기 검출된 합산 값과 상기 변경된 기준 전압에 기초하여 상기 출력 커패시터에 저장된 전하를 상기 입력 커패시터로 제공하도록 상기 컨버팅 모듈을 제어하는 PWM 신호생성부를 포함하는 디스플레이 장치.
  10. 인덕터, 입력 커패시터 및 출력 커패시터를 포함하는 전원공급장치의 제어 방법에 있어서,
    DC 전압을 입력받는 단계;
    상기 입력된 DC 전압을 기준 전압에 대응되도록 컨버팅하는 단계; 및
    상기 컨버팅된 전압을 출력하는 단계;
    상기 기준 전압을 변경하는 단계;
    상기 기준 전압이 변경되면, 상기 인덕터를 통해 흐르는 전류 방향을 변경하기 위해 전류 오프셋을 생성하는 단계;
    상기 인덕터를 통해 흐르는 전류와 전류 오프셋을 합산하는 단계;
    상기 인덕터를 통해 흐르는 전류와 전류 오프셋의 합산 값을 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 합산 값과 상기 변경된 기준 전압에 기초하여 상기 출력 커패시터에 저장된 전하를 상기 입력 커패시터로 제공하는 단계;를 포함하는 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 출력 커패시터로부터 제공된 전하를 상기 입력 커패시터에 저장하기 위해 상기 입력된 DC 전압의 크기를 조정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 컨버팅하는 단계는,
    상기 전류 오프셋, 상기 검출된 인덕터 전류, 상기 검출된 출력 커패시터의 전압 및 상기 변경된 기준 전압에 기초하여 컨버터에 포함된 제1 및 제2 스위치를 교번적으로 제어하기 위한 PWM신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전류 오프셋을 생성하는 단계는,
    상기 기준 전압에 기초하여 상기 전류 오프셋을 생성하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 기준 전압 및 상기 전류 오프셋은 동일 프레임 구간 내에서는 일정하게 유지되지만, 프레임 전환시 변경 가능한 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 변경된 기준 전압에 기초하여 PWM 신호의 듀티비를 조정하고, 상기 조정된 PWM 듀티비에 대응되는 전압을 광원으로 출력하는 단계;를 더 포함하는 제어방법.
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