KR102352634B1 - 전원 회로 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스위칭 컨버터 회로를 이용하여 부하에 제공되는 출력 전압을 일정하게 유지하는 기술로서, 구체적으로는 스위칭 컨버터를 제어하는 펄스 제어 신호를, 부하를 구동하는 타이밍 컨트롤러(T-CON, Timing Controller)의 주기적인 신호와 동기화함으로써, 부하에 인가되는 출력 전압(V_EL)을 화면 상의 화소 전반에 걸쳐 일정하게 유지하도록 스위칭 컨버터의 타이밍을 제어하는 기술에 관한 것이다.

Description

전원 회로 및 그 제어 방법 {Power Switching Circuit and Method of Controlling Power Switching Circuit}
본 발명은 스위칭 컨버터 회로를 이용하여 부하에 제공되는 출력 전압을 일정하게 유지하는 기술로서, 보다 상세하게는 디스플레이 화면 상의 화소 어레이를 구동하는 경우에 화면 전반의 밝기를 균일하게 제어할 수 있는 스위칭 컨버터 회로 및 그 제어 기술에 관한 것이다.
TV, 컴퓨터 또는 휴대 전화의 디스플레이 장치로 TFT-LCD(Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display), OLED(Organic light emitting display) 등이 현재 널리 사용되고 있는 바, 이러한 디스플레이 장치는 TFT-LCD 또는 OLED 등으로 이루어진 화소(pixel)의 어레이(array)를 순차적으로 인가되는 스캔 신호에 따라 데이터를 스캔하고, 이어서 순차적으로 인가되는 발광(emission) 신호에 따라 가장 먼저 스캔한 라인의 화소를 구성하는 소자들부터 발광시킨다.
한편, 디스플레이 장치를 구동하는 전원을 일정한 값으로 유지하는 레귤레이터 또는 스위칭 컨버터는 내부에 자체적으로 보유한 발진기를 통해 동작 주파수를 생성하게 되므로, 전원은 내부의 발진기의 주파수를 따른다.
이러한 종래 기술의 예시로서, 한국등록특허 제10-0635950호 "OLED 데이터 구동 회로 및 디스플레이 시스템"을 들 수 있다. 도 1은 이러한 종래 기술에 따른 스위칭 컨버터 구성을 간략히 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 전원 회로(10)는 발진기(11), 펄스 폭/주파수 변조 제어기(12), 스위칭 컨버터(13), 피드백 회로(14)를 포함한다. 이때, 발진기(11)에 발생된 제2 기준 신호(11a)를 펄스 폭/주파수 변조 제어기(12)에서 수신 받아 펄스 제어 신호(12a)를 생성하고 스위칭 컨버터(13)는 펄스 제어 신호(12a)에 응답하여 출력 전원의 전압(V_EL)을 부하(30)에 제공할 수 있다. 이때, 피드백 회로(14)를 더 포함하여 스위칭 컨버터(13)에서 생성된 출력 전원의 전압(V_EL)이 목표 전압으로부터 기준 오차 범위 이내로 유지할 수 있도록 피드백 정보를 생성하여 펄스 폭/주파수 변조 제어기(12)에 전달할 수 있다.
부하(30)는 OLED로 구성된 화소들의 어레이 또는 TFT-LCD로 구성된 화소들의 어레이이고, 부하(30)의 각 화소들이 데이터를 스캔하는 동작, 발광하는 동작은 모두 전원 회로(10)의 외부에 설치된 타이밍 컨트롤러(20)로부터 제공되는 제1 기준 신호(20a)에 의하여 이루어질 수 있다.
이러한 종래 기술에서는 화소들을 순차적으로 구동하는 제1 기준 신호(20a)는 제1 주파수(f1)를 가지고, 전원 회로(10)를 구동하는 제2 기준 신호(11a)는 제2 주파수(f2)를 가지므로 화소들을 순차적으로 구동하는 동작과 전원 회로(10)의 동작의 타이밍이 미세하게 어긋날 수 있다.
도 2는 도 1의 전원 회로(10)의 출력 전압(V_EL)의 동작의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 부하(30)를 구성하는 화소들 전부가 데이터를 스캔하고 발광하는 한 주기를 나타내는 시간 프레임(40)과, 화소들의 일부 영역이 한 차례씩 데이터를 스캔하고 발광하는 주기를 나타내는 제1 시간 구간(41) 및 화소들의 또 다른 일부 영역이 한 차례씩 데이터를 스캔하고 발광하는 주기를 나타내는 제2 시간 구간(42)이 도시된다.
전원 회로(10)는 내부적으로 발진기(11)에 의하여 생성되는 펄스 제어 신호에 의하여 구동되므로, 펄스 제어 신호의 주기(43)마다 한 사이클의 스위칭 동작을 수행한다.
이 때, 제1 시간 구간(41)은 펄스 제어 신호의 주기(43)와 완전히 동기화되지 않으므로, 제1 시간 구간(41) 동안 전원 회로(10)의 스위칭 동작의 사이클이 완성되지 않는다. 이 때 도 2에서 도시된 것처럼 제1 시간 구간(41) 동안 부하(30)가 공급받는 실효적인(effective) 출력 전압(V_EL)은 제1 평균값(41a)으로 나타낼 수 있다.
제2 시간 구간(42)도 펄스 제어 신호의 주기(43)와 완전히 동기화되지 않으므로, 제2 시간 구간(42) 동안 전원 회로(10)의 스위칭 동작의 사이클이 완성되지 않는다. 제2 시간 구간(42) 동안 부하(30)가 공급받는 실효적인(effective) 출력 전압(V_EL)은 제2 평균값(42a)으로 나타낼 수 있다.
이처럼 제1 시간 구간(41) 동안 부하(30)에 전달되는 유효한 출력 전압(V_EL)과 제2 시간 구간(42) 동안 부하(30)에 전달되는 유효한 출력 전압(V_EL)이 제1 평균값(41a)과 제2 평균값(42a)으로 서로 상이하므로, 제1 시간 구간(41) 동안 발광하는 화소들과 제2 시간 구간(42) 동안 발광하는 화소들의 밝기가 상이한 문제점이 발생한다.
또한 제1 시간 구간(41) 동안 발광하는 화소들은 순차적으로 동작하는 다음의 시간 구간(도시되지 않음)에서는 제1 평균값(41a)과 다른 평균값을 유효한 출력 전압(V_EL)으로 전달받을 우려가 있으므로, 동일한 화소라 하더라도 시간에 따라 밝기가 균일하지 않고 불규칙하게 변동할 우려가 있다.
요약하면 도 1과 도 2의 종래 기술에서는 서로 다른 위치의 화소들 간의 밝기가 균일하지 않을 수 있고, 같은 화소라 하더라도 현재의 밝기와 다음 주기의 밝기가 균일하지 않을 수 있다.
따라서 이러한 문제점을 해결할 수 있는 전원 회로 구현 기술이 요구된다.
한국등록특허 제10-0635950호 (등록일 2006. 10. 12)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 디스플레이 장치의 화면을 구성하는 화소들의 밝기를 위치에 관계없이 균일하게 유지할 수 있는 전원 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 디스플레이 장치의 화면을 구성하는 화소들의 밝기를 시간의 변화에 관계없이 균일하게 유지할 수 있는 전원 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전원 회로를 구동하는 펄스 제어 신호의 주기 또는 평균 주기를 부하를 구동하는 주기적인 타이밍 신호(T-CON)와 동기화하여, 각 부하의 세부 영역마다 균일하게 실효적인(effective) 전원 전압을 공급하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 디스플레이 장치의 화면을 구성하는 화소들을 행(Row), 열(Column), 블록(Block) 또는 서브 영역(sub-region)으로 구분하여, 서로 상이한 행, 열, 블록, 또는 서브 영역의 화소들 간에도 균일한 전원 전압을 제공함으로써 균일한 밝기를 유지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 디스플레이 장치의 화면을 구성하는 화소들 뿐만 아니라, 다채널 발광 다이오드(LED)의 각 채널 간 밝기를 균일하게 유지하는 용도로 활용될 수도 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 회로는 부하를 구동하는 제1 기준 신호를 제공하는 타이밍 컨트롤러로부터 상기 제1 기준 신호를 수신하고, 상기 제1 기준 신호에 기초하여 제2 기준 신호를 생성하는 주파수 제어 회로 상기 제2 기준 신호를 펄스 폭 변조 또는 펄스 주파수 변조하여 펄스 제어 신호를 생성하는 펄스 변조 회로 및 상기 펄스 제어 신호에 응답하여 출력 전원에 연결되는 스위칭 소자를 스위칭하여 상기 출력 전원의 전압을 생성하는 스위칭 소자를 포함한다.
이때, 상기 펄스 제어 신호는 상기 부하를 구동하는 상기 제1 기준 신호에 동기화될 수 있다.
또한, 펄스 변조 회로는 PWM과 다르게 PFM은 각각 다른 펄스 주기를 가지고 특성을 고려하여 일련의 상기 펄스 제어 신호를 포함하는 펄스 제어 신호 그룹의 시작 시점과 종료 시점이 상기 제1 기준 신호의 시작 시점 및 종료 시점에 동기화되어 진행될 수 있다.
한편, 실시예에 따라서는 상기 화면 상의 화소들 중 일부를 포함하는 제1 영역이 상기 제1 시간 구간 동안 디스플레이되고, 상기 화면 상의 화소들 중 또 다른 일부를 포함하는 제2 영역이 상기 제2 시간 구간 동안 디스플레이될 수 있다. 즉, 부하의 발광 구동범위를 행(Row), 열(Column), 블록(Block) 또는 서브 영역(sub-region)범위로 균일한 전원 전압을 제공함으로써 균일한 밝기를 유지할 수 있다.
한편, 상기 출력 전원의 전압에 응답하여 피드백 신호를 생성하고, 상기 피드백 신호를 상기 펄스 변조 회로로 전달하는 피드백 회로를 더 포함한다.
이때, 상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간 각각의 상기 출력 전원의 평균 전압이 목표 전압으로부터 기준 오차 범위 이내로 유지되도록 상기 펄스 변조 신호를 생성할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 회로를 제어하는 방법은 부하를 구동하는 제1 기준 신호를 제공하는 타이밍 컨트롤러로부터 상기 제1 기준 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 기준 신호에 기초하여 제2 기준 신호를 생성하는 단계, 상기 제2 기준 신호를 펄스 폭 변조 또는 펄스 주파수 변조하여 펄스 제어 신호를 생성하는 단계 및 상기 펄스 제어 신호에 응답하여 입력 전원과 출력 전원 사이를 스위칭하여 출력 전원 레벨을 생성하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 출력 전원의 전압에 응답하여 피드백 신호를 생성하고, 상기 피드백 신호를 상기 펄스 변조 회로로 전달하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 디스플레이 장치의 화면을 구성하는 화소들의 밝기를 화소들의 위치 및 발광 시간에 관계없이 균일하게 유지할 수 있다. 이러한 균일한 밝기값은 본 발명의 실시예를 이용하여 화소들의 위치 및 발광 시간 구간에 관계없이 균일한 전원 전압을 각 화소에 공급함으로써 얻어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 디스플레이 장치의 화면을 구성하는 화소들을 행(Row), 열(Column), 블록(Block) 또는 서브 영역(sub-region)으로 구분하여, 서로 상이한 행, 열, 블록, 또는 서브 영역의 화소들 간에도 균일한 전원 전압을 제공함으로써 균일한 밝기를 유지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 디스플레이 화면의 전체에 걸쳐 균일한 밝기가 유지됨으로써 화면을 시청하는 사용자의 눈이 느끼는 피로를 감소시키는 효과가 있다. 본 발명에 따르면 화면이 대형화되는 경우에도 디스플레이 화면의 각 세부 영역마다 균일하게 밝기를 유지하기 위하여 추가적인 회로 구성을 필요로 하지 않는 효과가 있다.
본 발명은 디스플레이 장치의 화면을 구성하는 화소들 뿐만 아니라, 다채널 발광 다이오드(LED)에 적용될 경우 각 채널 간 밝기를 균일하게 유지할 수 있다.
본 발명에 따르면 전원 회로를 구동하는 펄스 제어 신호의 주기 또는 평균 주기를 부하를 구동하는 주기적인 타이밍 신호(T-CON)와 동기화하여, 부하의 세부 영역 각각마다 균일하게 실효적인(effective) 전원 전압을 공급할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전원 회로를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1의 전원 회로의 출력 전압의 동작 파형의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 회로를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED 어레이를 부하로 가지는 전원 회로를 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 도 4의 실시예를 다른 측면에서 도시한 블록도이다.
도 6은 도 5의 실시예와 관련된 전원 회로의 출력 전원의 전압의 동작 파형의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 부하를 구동하는 전원 회로를 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 회로의 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 회로를 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 전원 회로(100)는 주파수 제어 회로(110), 펄스 변조 회로(120) 및 스위칭 컨버터(130)를 포함한다.
주파수 제어 회로(110)는 타이밍 컨트롤러(200)로부터 부하(300)를 구동하기 위한 제1 기준 신호(200a)를 수신하고, 제1 기준 신호(200a)에 기초하여 제2 기준 신호(110a)를 생성한다. 주파수 제어 회로(110)는 제1 기준 신호(200a)를 수신하여 스위칭 컨버터(130)를 구동하기 위하여 분할/버퍼링된 제2 기준 신호(110a)를 생성한다.
펄스 변조 회로(120)는 제2 기준 신호(110a)를 펄스 폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation) 또는 펄스 주파수 변조(PFM, Pulse Frequency Modulation)하여 펄스 제어 신호(120a)를 생성한다. 펄스 제어 신호(120a) 또한 제1 주파수(f1)를 가지는 제1 기준 신호(200a)를 기반으로 하기 때문에 제1 기준 신호(200a)에 동기화된 위상을 가진다.
주파수 제어 회로(110)는 제1 기준 신호(200a)의 주파수를 분할할 수도 있고, 그대로 버퍼링할 수도 있다. 이 때 제2 기준 신호(110a)의 주파수가 제1 기준 신호(200a)보다 높은 경우에는, 제2 기준 신호(110a)를 구성하는 일련의 펄스 각각이 제1 기준 신호(200a)와 동기화되지는 않으므로, 제2 기준 신호(110a)를 구성하는 일련의 펄스들의 그룹이 제1 기준 신호(200a)와 동기화될 수 있다. 예를 들어 제1 기준 신호(200a)가 1 MHz 이고 제2 기준 신호(110a)는 8 MHz인 경우를 가정하면, 8개의 제2 기준 신호(110a) 펄스로 이루어진 펄스 그룹의 시작점이 제1 기준 신호(200a)의 펄스의 시작점과 동기화될 수 있다.
이 같은 펄스 그룹과 제1 기준 신호(200a)와의 동기화 개념은 펄스 변조 회로(120)가 펄스 폭 변조(PWM) 또는 펄스 주파수 변조(PFM) 방식 중 어느 쪽을 채택하는 경우에도 적용될 수 있다. 펄스 폭 변조의 경우에는 펄스 제어 신호(120a)의 주기가 일정하기 때문에 제2 기준 신호(110a)의 펄스 또는 펄스 그룹이 제1 기준 신호(200a)의 펄스와 동기화되면 별다른 조치를 필요로 하지 않는다. 다만 펄스 주파수 변조의 경우에는 펄스 제어 신호(120a)의 주기가 변화할 수 있으므로 추가적인 동기화 기준이 필요하다. 예를 들어 펄스 변조 회로(120)가 펄스 주파수 변조 기법을 적용하여 펄스 제어 신호(120a)의 각 펄스의 주파수를 조정할 때 N개의 펄스에 대해서는 그 평균 주파수가 일정하도록 조정할 수 있다. N은 임의의 수일 수 있으며 예를 들어 16, 32, 64 등의 수를 채택할 수 있다. N이 64이면 펄스 제어 신호(120a)의 64개의 펄스들로 이루어진 펄스 그룹은 일정한 주파수를 가진다. 주파수 제어 회로(110)는 펄스 변조 회로(120)의 펄스 변조 기법을 반영하여 제1 기준 신호(200a)와 동기화될 제2 기준 신호(110a)의 펄스 그룹의 규모를 결정할 수 있다.
한편, 스위칭 컨버터(130)는 펄스 제어 신호(120a)에 응답하여 출력 전원에 연결되는 스위칭 소자(도시되지 않음)를 스위칭하여 출력 전원의 전압(V_EL)을 생성한다. 이 때 스위칭 컨버터(130)는 회로 구성의 토폴로지(topology)에 따라 벅 컨버터(buck converter)일 수도 있고 부스트 컨버터(boost converter)일 수도 있으며, 어느 경우에도 별도의 전원으로부터 스위칭 소자를 경유하여 출력 전원을 구동한다. 이러한 스위칭 컨버터(130)의 잘 알려진 일 예로서 미국등록특허 US 5,627,460호 " DC/DC converter having a bootstrapped high side driver"의 도 1을 참고할 수 있다. 상기 선행문헌은 본 발명의 실시예를 구현하기 위한 참고자료로서 인용될 수 있으며 다만 본 발명의 사상은 상기 선행문헌에 국한되지 아니한다. 당업자라면 본 명세서의 기재로부터 출력 전원에 연결되는 스위칭 소자의 구성을 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
이때, 전원 회로(100)는 부하(300)에 제공되는 출력 전원의 전압(V_EL)을 안정화시키기 위해 피드백 회로(140)를 더 포함할 수 있다.
피드백 회로(140)는 출력 전원의 전압(V_EL)에 응답하여 피드백 신호를 생성하고, 피드백 신호를 펄스 변조 회로(120)로 전달한다.
피드백 회로(140)는 스위칭 소자에서 출력되는 출력 전원의 전압(V_EL)과 기준 전압(Vref)을 비교하여 비교 결과를 반영하는 피드백 신호를 펄스 변조 회로(120)로 전달할 수 있다. 펄스 변조 회로(120)는 피드백 신호와 제2 기준 신호(110a)에 응답하여 펄스 제어 신호(120a)를 생성한다. 이 때 피드백 신호는 펄스 제어 신호(120a)의 듀티 사이클(duty cycle)을 조정하는 기준이 될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
이때, 피드백 정보를 기반으로 펄스 변조 회로(120)는 제1 시간 구간 및 제2 시간 구간 각각의 출력 전원의 평균 전압이 목표 전압으로부터 기준 오차 범위 이내로 유지되도록 펄스 변조 신호(120a)를 생성하여 부하(300)에 균일한 출력 전원의 전압(V_EL)을 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED 어레이를 부하로 가지는 전원 회로를 개념적으로 도시한 블록도이다. 본 발명의 사상은 OLED, TFT-LCD, 다채널 LED 등을 구동하는 회로에 널리 응용될 수 있으나, 본 명세서에서는 설명의 편의 상 도 4의 부하(300)인 OLED 어레이를 중심으로 본 발명의 내용을 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 타이밍 컨트롤러(200)는 전원 회로(100) 및 부하(300)에 제1 주파수(f1)를 가지는 제1 기준 신호(200a)를 함께 제공한다. 전원 회로(100)는 부하(300)를 구동하는 타이밍 컨트롤러(200)의 제1 기준 신호(200a)에 동기화된 스위칭 동작을 통하여 출력 전원의 전압(V_EL)을 부하(300)에 제공할 수 있다.
부하(300)를 구성하는 화소(310)는 전원 회로(100)의 출력 전원의 전압(V_EL)을 OLED(312)로 전달하는 패스 트랜지스터(pass transistor)(311)를 포함하여 구현될 수 있다. 이 때 패스 트랜지스터(311)는 제1 기준 신호(200a)로부터 파생된 제어 신호에 의하여 구동된다. 전원 회로(100)의 출력 전원의 전압(V_EL)은 패스 트랜지스터(311) 및 OLED(312)를 구동하는 공급 전원 역할을 하므로, 부하(300) 전체를 구성하는 화소(310) 각각에 균일한 공급 전원이 전달되는 것은 디스플레이 화면 전체의 밝기를 균일하게 유지하는 데에 매우 중요한 목표이다.
도 5는 도 4의 실시예를 다른 측면에서 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 부하(300)의 화소(310)들은 행(row)과 열(column)을 형성하며 어레이(array) 형태로 배열된다. 도 5에 도시된 제1행(320)과 제2행(330)은 각각 복수 개의 화소(310)들을 포함한다.
부하(300)가 하나의 디스플레이 화면을 구성하는 화소(310)들의 집합인 경우, 하나의 디스플레이 화면은 미리 결정된 주파수로 동작한다. 예를 들어 일반적인 LCD 디스플레이 또는 OLED 디스플레이의 경우처럼 60Hz의 주파수로 디스플레이 화면 전체가 구동될 수 있다. 이 때 디스플레이 화면을 구성하는 화소(310)들이 N개의 행(row)으로 구분되면 제1 기준 신호(200a)는 적어도 60Hz의 N배 이상의 주파수로 동작할 수 있다.
디스플레이 화면 전체가 60Hz의 주파수로 스캔되기 위해서는 디스플레이 화면의 모든 화소(310)들이 16.66 msec 시간 구간 내에 refresh 되어야 한다. 설명의 편의 상 16.66 msec 를 제1 시간 프레임이라 정의하면, N개의 행(row)들 각각은 제1 시간 프레임의 1/N 만큼의 시간 구간 동안 refresh된다. 즉, 제1행(320)은 제1 시간 프레임의 1/N 만큼의 제1 시간 구간 동안 구동되고, 제2행(330)은 순차적으로 제1 시간 구간과 동일한 길이를 가지는 제2 시간 구간 동안 구동될 수 있다.
본 발명의 전원 회로(100)는 제1 기준 신호(200a)와 동기화된 펄스 제어 신호(120a)에 의하여 스위칭 동작하며 출력 전원의 전압(V_EL)을 생성한다. 전원 회로(100)의 스위칭 컨버터(130)가 동작하는 기준인 펄스 제어 신호(120a)는 제1행(320)을 구동하는 제1 시간 구간 또는 제2행(330)을 구동하는 제2 시간 구간의 1/M (M은 임의의 자연수)의 주기를 가질 수 있다. 즉 스위칭 컨버터(130)는 제1 시간 구간 또는 제2 시간 구간 각각과 동기화되어 스위칭 동작하고 제1행(320)이 구동되는 제1 시간 구간 동안 스위칭 컨버터(130)의 스위칭 동작은 적어도 하나 이상의 주기를 이루며 완성된다. 마찬가지로 제2행(330)이 구동되는 제2 시간 구간 동안에도 스위칭 컨버터(130)의 스위칭 동작은 적어도 하나 이상의 주기를 이루며 완성된다.
즉, 부하(300)를 구성하는 화소(310)들을 행 단위로 구동하는 실시예에서는 각 행이 구동되는 단위 시간 구간 동안 스위칭 컨버터(130)의 스위칭 동작이 완결되어 단위 시간 구간 동안 스위칭 컨버터(130)로부터 각 행으로 전달되는 출력 전원의 전압(V_EL)은 목표 전압을 유지할 수 있다. 따라서 각 행이 구동될 때 공급받는 전원 전압이 일정하게 레귤레이트되며, 행의 위치에 무관하게 균일한 전원 전압을 공급받을 수 있다. 또한, 각 행은 이전에 공급받은 전원 전압과 현재 공급받고 있는 전원 전압이 실질적으로 동일하게 유지될 수 있으므로 시간의 변화에 무관하게 균일한 전원 전압을 공급받을 수 있다.
도 6은 도 5의 실시예와 관련된 전원 회로의 출력 전원의 전압(V_EL)의 동작 파형의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 부하(300)를 구성하는 화소(310)들 전부가 밝기값 데이터를 스캔하고 발광하는 한 주기를 나타내는 제1 시간 프레임(600)과, 제1행(320)이 한 차례씩 밝기값 데이터를 스캔하고 발광하는 주기를 나타내는 제1 시간 구간(610) 및 제2행(330)이 한 차례씩 밝기값 데이터를 스캔하고 발광하는 주기를 나타내는 제2 시간 구간(620)이 도시된다.
전원 회로(100)의 스위칭 컨버터(130)는 타이밍 컨트롤러(200)에서 생성된 제1 주파수(f1)를 가지는 제1 기준 신호(200a)에 기반하여 생성된 펄스 제어 신호(120a)에 의하여 구동된다. 이 때 펄스 제어 신호(120a)는 펄스 폭 변조에 의하여 생성되는 경우를 가정한다. 펄스 폭 변조의 경우에는 펄스 제어 신호(120a)의 주기(630)는 일정하게 유지될 수 있다. 스위칭 컨버터(130)는 펄스 제어 신호(120a)의 주기(630)마다 한 사이클의 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 스위치 컨버터(130)의 한 사이클의 스위칭 동작에 따라 출력 전원의 전압(V_EL)은 상승과 하강을 주기적으로 반복한다. 이처럼 도 6에 도시된 파형은 펄스 제어 신호(120a)의 주기(630)에 따라 스위칭 동작하는 출력 전원의 전압(V_EL)이다. 이때, 제1 시간 구간(610) 동안 부하(300), 즉 제1행(320)이 공급받는 실효적인(effective) 출력 전원의 전압(V_EL)은 제1 평균값(611)으로 나타낼 수 있다.
또한, 제2 시간 구간(620)도 펄스 제어 신호의 주기(630)와 완전히 동기화됨으로써, 제2 시간 구간(620) 동안 전원 회로(100)의 스위칭 동작의 사이클이 완성될 수 있다. 이때, 제2 시간 구간(620) 동안 부하(300), 제2행(330)이 공급받는 실효적인(effective) 출력 전원의 전압(V_EL)은 제2 평균값(621)으로 나타낼 수 있다.
이처럼 제1 시간 구간(610) 동안 제1행(320)에 전달되는 유효한 출력 전원의 전압(V_EL)과 제2 시간 구간(620) 동안 제2행(330)에 전달되는 유효한 출력 전원의 전압(V_EL) 각각이 제1 평균값(611)과 제2 평균값(621)으로 동일하게 유지되므로, 제1 시간 구간(610) 동안 발광하는 제1행(320)과 제2 시간 구간(620) 동안 발광하는 제2행(330)의 밝기가 동일하게 유지될 수 있다.
이와 같이, 전원 회로(100)의 스위칭 컨버터(130)가 타이밍 컨트롤러(200)에서 생성한 제1 제어 신호(200a)와 동기화된 출력 전원의 전압(V_EL)을 부하(300)에 제공함으로써 화면 전체에 걸쳐 균일한 밝기를 제공할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면 종래 기술의 각 화소 별로 불균일한 밝기로 인해 디스플레이 시 관찰되던 노이즈 또는 깜박거림을 해소할 수 있다.
도 6에서는 펄스 폭 변조의 경우를 가정하여 설명하였지만 본 발명의 사상은 이러한 실시예에 국한되지 않는다. 만일 본 발명의 다른 실시예로서 펄스 주파수 변조의 경우를 가정한다면 펄스 제어 신호(120a)의 주기가 도 6과 달리 각 펄스마다 조금씩 상이한 값을 가질 것이다. 이러한 실시예에서는 제1 시간 구간(610)의 시작과 끝에 복수 개의 펄스 제어 신호(120a)가 동기화될 수 있다. 즉, 복수 개의 펄스 제어 신호(120a)의 시간 구간을 합산한 길이가 제1 시간 구간(610)의 길이와 일치하고, 제1 시간 구간(610)의 시작점에서 어느 한 펄스 제어 신호(120a)가 동기화되어 시작하며 제1 시간 구간(610)의 끝점에서 다른 펄스 제어 신호(120a)가 동기화되어 종료될 수 있다.
펄스 주파수 변조의 실시예에서는 제2 시간 구간(620)의 경우에도 복수의 펄스 제어 신호(120a)의 시간 구간을 합산한 길이가 제2 시간 구간(620)의 길이와 일치하고, 제2 시간 구간(620)의 시작과 끝에서 각각 펄스 제어 신호(120a)가 동기화될 수 있다. 이 때 펄스 주파수 변조의 실시예에서는 제1 시간 구간(610)에 대응하는 펄스 제어 신호(120a)의 수와 제2 시간 구간(620)에 대응하는 펄스 제어 신호(120a)의 수가 반드시 일치할 필요는 없다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 부하를 구동하는 전원 회로를 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 4개의 행들을 포함하는 제1 영역(340)과 또 다른 4개의 행들을 포함하는 제2 영역(350)이 도시된다. 도 7에서는 복수 개의 행들을 포함하는 영역 단위로 화소(310)들이 데이터를 스캔하고 발광할 수 있다.
제1 영역(340)에 포함되는 화소(310)들이 데이터를 스캔하고 발광하는 과정이 제1 시간 구간(610) 동안 이루어질 수 있다. 마찬가지로 제2 영역(350)에 포함되는 화소(310)들이 데이터를 스캔하고 발광하는 과정이 제2 시간 구간(620) 동안 이루어질 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는 부하(300)에 포함되는 어레이 배열된 화소(310)들을 행(row) 또는 영역(Block, Region) 단위로 구동할 수 있고, 전원 회로(100)는 화소(310)들이 구동되는(데이터를 스캔하고 발광하는) 최소 시간 구간을 반영하여 펄스 제어 신호(120a)의 최소 주기를 결정할 수 있다.
펄스 제어 신호(120a)의 최소 주기는 화소(310)들 전체가 구동되는 시간 프레임과 화소(310)들이 부분적으로 구동되는 최소 단위 또는 최소 시간 구간에 기반하여 결정될 수 있다. 펄스 제어 신호(120a)의 최소 주기를 구현하기 위해서 주파수 제어 회로(110)는 타이밍 컨트롤러(200)로부터 수신한 제1 기준 신호(200a)의 주기를 분할 또는 변경하여 제2 기준 신호(110a)를 생성할 수 있다.
도 5와 도 7에서 행(row)에 기반하여 화소(310)들을 구동하는 부하(300)의 실시예가 도시되었는데, 본 발명의 다른 실시예에서는 열(column)에 기반하여 화소(310)들을 구동하는 실시예도 구현될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 회로의 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다. 도 8의 제어 방법은 도 3의 전원 회로(100)를 가정한다.
도 8을 참조하면, 전원 회로(100)의 주파수 제어 회로(110)는 타이밍 컨트롤러(200)로부터 부하(300)를 구동하는 제1 기준 신호(200a)를 수신한다(S810).
전원 회로(100)의 주파수 제어 회로(110)는 수신된 제1 기준 신호(200a)에 기초하여 제2 기준 신호(110a)를 생성한다(S820). 제2 기준 신호(110a)는 스위칭 컨버터(130)와 같은 DC-DC Converter를 구동하기 위해 제1 기준 신호(200a)를 시간적으로 분할하거나 제1 기준 신호(200a)를 버퍼링하여 생성된 신호일 수 있다.
펄스 변조 회로(120)는 제2 기준 신호(110a)를 펄스 폭 변조 또는 펄스 주파수 변조하여 펄스 제어 신호(120a)를 생성한다(S830).
스위칭 컨버터(130)는 펄스 제어 신호(120a)에 응답하여 스위칭 동작하여 출력 전원의 전압(V_EL) 레벨을 생성한다(S840).
이때, 피드백 회로(140)는 출력 전원의 전압(V_EL) 레벨에 응답하여 피드백 신호를 생성하고, 피드백 신호를 펄스 변조 회로(120)로 전달한다.
이 때 출력 전원의 전압(V_EL)의 평균 레벨이 목표 전압으로부터 기준 오차 범위 이내에서 유지된다면(S850), 펄스 변조 회로(120)는 펄스 제어 신호(120a)의 duty cycle을 그대로 유지하면서 출력 전원의 전압(V_EL) 레벨을 유지할 수 있다(S860). 출력 전원의 전압(V_EL)의 평균 레벨이 목표 전압으로부터 기준 오차 범위를 벗어났다면(S850), 펄스 변조 회로(120)는 펄스 제어 신호(120a)의 duty cycle을 변경하여 출력 전원의 전압(V_EL) 레벨을 변경할 수 있다(S870).
목표 전압은 출력 전원의 전압(V_EL)의 평균 레벨이 도달해야 할 목표 전압이고, 목표 전압에 기반하여 기준 전압(Vref)이 결정될 수 있다. 기준 전압(Vref)은 피드백 회로(140)의 구성, 피드백 네트워크 및 목표 전압을 반영하여 설계될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 전원 회로 110: 주파수 제어 회로
120: 펄스 변조 회로 130: 스위칭 컨버터 회로
140 : 피드백 회로
200: 타이밍 컨트롤러
300: 부하
310 : 화소 320 : 패스 트랜지스터
330 : OLED

Claims (12)

  1. 타이밍 컨트롤러로부터 부하를 구동하기 위한 제1 기준 신호를 수신하고, 상기 제1 기준 신호에 기초하여 제2 기준 신호를 생성하는 주파수 제어 회로;
    상기 제2 기준 신호를 펄스 폭 변조 또는 펄스 주파수 변조하여 펄스 제어 신호를 생성하는 펄스 변조 회로; 및
    상기 펄스 제어 신호에 응답하여 출력 전원에 연결되는 스위칭 소자를 스위칭하여 상기 출력 전원의 전압을 생성하는 스위칭 소자;
    를 포함하고,
    상기 펄스 제어 신호는
    상기 부하를 구동하는 상기 제1 기준 신호에 동기화되는 것
    을 특징으로 하는 전원 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부하를 구동하는 주기인 제1 시간 프레임 내의 일부인 제1 시간 구간과 상기 제1 시간 프레임 내의 또 다른 일부인 제2 시간 구간 각각에 상기 펄스 제어 신호가 동기화되는 것
    을 특징으로 하는 전원 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부하는
    화면을 구성하는 화소들 각각을 구동하는 소자이고,
    상기 제1 시간 프레임은
    상기 화면 상의 화소들 전부가 적어도 한 차례씩 디스플레이되는 기준 시간 주기인 것
    을 특징으로 하는 전원 회로.
  4. 제2항에 있어서,
    화면 상의 화소들 중 일부를 포함하는 제1 영역이 상기 제1 시간 구간 동안 디스플레이되고,
    상기 화면 상의 화소들 중 또 다른 일부를 포함하는 제2 영역이 상기 제2 시간 구간 동안 디스플레이되는 것
    을 특징으로 하는 전원 회로.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 펄스 변조 회로는
    상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간 각각의 상기 출력 전원의 평균 전압이 목표 전압으로부터 기준 오차 범위 이내로 유지되도록 상기 펄스 제어 신호를 생성하는 것
    을 특징으로 하는 전원 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 출력 전원의 전압에 응답하여 피드백 신호를 생성하고, 상기 피드백 신호를 상기 펄스 변조 회로로 전달하는 피드백 회로
    를 더 포함하는 전원 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 변조 회로는
    일련의 상기 펄스 제어 신호를 포함하는 펄스 제어 신호 그룹의 시작 시점과 종료 시점이 상기 제1 기준 신호의 시작 시점 및 종료 시점에 동기화되는 것
    을 특징으로 하는 전원 회로.
  8. 타이밍 컨트롤러로부터 부하를 구동하기 위한 제1 기준 신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 기준 신호에 기초하여 제2 기준 신호를 생성하는 단계;
    상기 제2 기준 신호를 펄스 폭 변조 또는 펄스 주파수 변조하여 펄스 제어 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 펄스 제어 신호에 응답하여 입력 전원과 출력 전원 사이를 스위칭하여 출력 전원 레벨을 생성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 펄스 제어 신호는
    상기 부하를 구동하는 상기 제1 기준 신호에 동기화되는 것
    을 특징으로 하는 전원 회로의 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부하를 구동하는 주기인 제1 시간 프레임 내의 일부인 제1 시간 구간과 상기 제1 시간 프레임 내의 또 다른 일부인 제2 시간 구간 각각에 상기 펄스 제어 신호가 동기화되는 것
    을 특징으로 하는 전원 회로의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 부하는
    화면을 구성하는 화소들 각각을 구동하는 소자이고,
    상기 제1 시간 프레임은
    상기 화면 상의 화소들 전부가 적어도 한 차례씩 디스플레이되는 기준 시간 주기인 것
    을 특징으로 하는 전원 회로의 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 출력 전원의 전압에 응답하여 피드백 신호를 생성하고, 상기 피드백 신호를 펄스 변조 회로로 전달하는 단계
    를 더 포함하는 전원 회로의 제어 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 펄스 제어 신호를 생성하는 단계는
    일련의 상기 펄스 제어 신호를 포함하는 펄스 제어 신호 그룹의 시작 시점과 종료 시점이 상기 제1 기준 신호의 시작 시점 및 종료 시점에 동기화되는 것
    을 특징으로 하는 전원 회로의 제어 방법.
KR1020150067371A 2015-05-14 2015-05-14 전원 회로 및 그 제어 방법 KR102352634B1 (ko)

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