KR102401558B1 - 전원 공급부 및 그의 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하고, 외부로부터 공급된 입력전압을 출력전압으로 변환하여 부하로 공급하는 DC-DC 컨버터; 부하 전류를 센싱하여, 상기 부하 전류의 주파수를 검출하는 전류 센서; 및 상기 부하 전류의 주파수에 대응하는 스위칭 주파수를 설정하고, 설정된 스위칭 주파수에 따라 상기 스위칭 소자의 동작을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 전원 공급부 및 그의 구동방법에 관한 것이다.

Description

전원 공급부 및 그의 구동방법{POWER SUPPLY AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명의 실시예는 전원 공급부 및 그의 구동방법에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 표시장치들이 개발되고 있다. 이러한 표시장치로는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display Device), 전계방출 표시장치(Field Emission Display Device), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Device) 및 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Display Device) 등이 있다.
이러한 표시장치는 외부 전압을 변환하여, 상기 표시장치의 구동에 필요한 전압들을 생성하는 전원 공급부를 포함한다.
전원 공급부의 출력 전압에 과도한 리플(ripple)이 존재하는 경우, 표시장치가 오작동하게 되어 비정상적으로 왜곡된 화면이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예는 출력 전압의 리플을 최소화할 수 있는 전원 공급부 및 그의 구동방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 전원 공급부는, 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하고, 외부로부터 공급된 입력전압을 출력전압으로 변환하여 부하로 공급하는 DC-DC 컨버터, 부하 전류를 센싱하여, 상기 부하 전류의 주파수를 검출하는 전류 센서 및 상기 부하 전류의 주파수에 대응하는 스위칭 주파수를 설정하고, 설정된 스위칭 주파수에 따라 상기 스위칭 소자의 동작을 제어하는 스위칭 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 주파수는, 상기 부하 전류의 주파수와 동일할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 주파수는, 상기 부하 전류의 주파수에 1/n(n은, 2이상의 자연수)을 곱한 값으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 스위칭 제어부는, 상기 스위칭 주파수를 갖는 스위칭 제어 신호를 상기 스위칭 소자에 공급할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 제어신호의 천이 시점은, 상기 부하 전류의 천이 시점과 일치할 수 있다.
또한, 상기 DC-DC 컨버터는, 비절연형 컨버터일 수 있다.
또한, 상기 DC-DC 컨버터는, 부스트 컨버터, 벅 컨버터 및 벅-부스트 컨버터 중에 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 DC-DC 컨버터는, 절연형 컨버터일 있다.
또한, 상기 DC-DC 컨버터는, 하프-브리지 컨버터일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전원 공급부의 구동방법은, 부하 전류를 센싱하여, 상기 부하 전류의 주파수를 검출하는 단계, 상기 부하 전류의 주파수에 대응하는 스위칭 주파수를 설정하는 단계, 상기 스위칭 주파수를 갖는 스위칭 제어 신호를 DC-DC 컨버터에 포함된 스위칭 소자로 공급함으로써, 상기 스위칭 소자를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 주파수는, 상기 부하 전류의 주파수와 동일하게 설정될 수 있다.
또한, 상기 스위칭 주파수는, 상기 부하 전류의 주파수에 1/n(n은, 2이상의 자연수)을 곱한 값으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 스위칭 제어신호의 천이 시점은, 상기 부하 전류의 천이 시점과 일치할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 부하 전류의 주파수와 동기된 스위칭 주파수를 활용함으로써, 출력 전압의 리플을 최소화할 수 있는 전원 공급부 및 그의 구동방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전원 공급부를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 DC-DC 컨버터에 적용 가능한 비절연형 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 DC-DC 컨버터에 적용 가능한 절연형 컨버터를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전원 공급부의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전원 공급부의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전원 공급부의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 전원 공급부의 구동방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 비교예를 나타낸 도면이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 본 발명의 실시예들과 관련된 도면들을 참고하여, 본 발명의 실시예에 의한 전원 공급부 및 그의 구동방법에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전원 공급부를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 전원 공급부(10)는 DC-DC 컨버터(110), 스위칭 제어부(120) 및 전류 센서(140)를 포함할 수 있다.
DC-DC 컨버터(110)는 외부로부터 공급된 입력전압(Vin)을 출력전압(Vout)으로 변환하고, 상기 출력전압(Vout)을 부하(30)로 공급할 수 있다.
상술한 전압 변환 동작을 수행하기 위하여, DC-DC 컨버터(110)는 적어도 하나의 스위칭 소자(SW)를 포함할 수 있다.
스위칭 소자(SW)는 스위칭 제어부(120)로부터 공급되는 스위칭 제어 신호(Csw)에 따라 제어될 수 있다.
예를 들어, 스위칭 소자(SW)는 스위칭 제어 신호(Csw)에 대응하여 스위칭 동작(온/오프)을 수행할 수 있다.
또한, 스위칭 소자(SW)는 트랜지스터로 구현될 수 있다.
예를 들어, 스위칭 소자(SW)는 하이 레벨의 스위칭 제어 신호(Csw)가 입력되는 경우 온 되고, 로우 레벨의 스위칭 제어 신호(Csw)가 입력되는 경우 오프될 수 있다.
반대로, 스위칭 소자(SW)는 로우 레벨의 스위칭 제어 신호(Csw)가 입력되는 경우 온 되고, 하이 레벨의 스위칭 제어 신호(Csw)가 입력되는 경우 오프될 수 있다.
한편, DC-DC 컨버터(110)는 적어도 하나의 스위칭 소자(SW)를 포함하는 다양한 방식의 컨버터로 구현될 수 있다.
DC-DC 컨버터(110)의 형태는 추후 도 2a 내지 도 2c 및 도 3과 관련하여 보다 자세히 설명하도록 한다.
전원부(70)는 DC-DC 컨버터(110)로 입력전압(Vin)을 공급할 수 있다. 예를 들어, 전원부(70)는 직류 전원을 제공하는 배터리(battery) 또는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 정류 장치일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
DC-DC 컨버터(110)의 출력단에는 출력전압(Vout)을 유지시키기 위한 출력 커패시터(Cout)가 연결될 수 있다.
부하(30)는 DC-DC 컨버터(110)로부터 출력전압(Vout)을 공급받고, 이를 활용하여 특정 기능을 수행할 수 있다.
예를 들어, 부하(30)는 영상을 표시하는 표시 패널일 수 있으며, 부하 상태가 주기적으로 변화하는 부하일 수 있다.
즉, 부하(30)는 일정 주파수에 따라 경부하(light load) 상태와 중부하(heavy load) 상태를 반복할 수 있다.
부하(30)의 상태가 일정 주파수에 따라 변화하므로, 부하 전류(Iload)도 일정 주파수에 따라 하이 레벨 상태와 로우 레벨 상태를 반복할 수 있다.
따라서, 부하 전류(Iload)는 부하 상태의 변화에 따라 일정한 주파수(Fi)를 가질 수 있다.
이 때, 부하 전류(Iload)는 부하(30)에 제공되는 전류로 정의될 수 있으며, 또한 부하(30)를 통해 흐르는 전류로도 정의될 수 있다.
전류 센서(140)는 부하 전류(Iload)를 센싱하여, 상기 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)를 검출할 수 있다.
또한, 전류 센서(140)는 검출된 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)를 스위칭 제어부(120)로 제공할 수 있다.
스위칭 제어부(120)는 전류 센서(140)로부터 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)를 전달받고, 상기 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)에 대응하는 스위칭 주파수를 설정할 수 있다.
또한, 스위칭 제어부(120)는 설정된 스위칭 주파수에 따라 스위칭 소자(SW)의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 스위칭 제어부(120)는 상기 설정된 스위칭 주파수를 갖는 스위칭 제어 신호(Csw)를 DC-DC 컨버터(110)에 포함된 스위칭 소자(SW)로 공급할 수 있다.
이에 따라, DC-DC 컨버터(110)에 포함된 스위칭 소자(SW)는 스위칭 주파수에 따라 온-오프 동작을 수행할 수 있다.
스위칭 제어부(120)에 의해 설정된 스위칭 주파수는 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi) 이하로 설정될 수 있다.
예를 들어, 스위칭 주파수는 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)와 동일하거나, 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)에 1/n(n은, 2이상의 자연수)을 곱한 값으로 설정될 수 있다.
이에 따라, 스위칭 제어 신호(Csw)와 부하 전류(Iload)는 동일한 주파수를 가지거나, 스위칭 제어 신호(Csw)는 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)에 1/n을 곱하여 산출된 주파수를 가질 수 있다.
스위칭 제어부(120)의 동작은 추후 도 4 내지 6과 관련하여 보다 자세히 설명하도록 한다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 DC-DC 컨버터에 적용 가능한 비절연형 컨버터를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 DC-DC 컨버터에 적용 가능한 절연형 컨버터를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 의한 DC-DC 컨버터(110)는 도 2a 내지 도 2c에 도시된 비절연형 컨버터(110_a, 110_b, 110_c)로 구현될 수 있다.
예를 들어 도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 DC-DC 컨버터(110_a)는 스위칭 소자(SW1), 인덕터(L1), 다이오드(D1)를 포함하는 부스트 컨버터(boost converter)일 수 있다.
이 때, 스위칭 소자(SW1)는 스위칭 제어 신호(Csw)에 의해 온-오프 동작이 제어될 수 있고, 트랜지스터로 구현될 수 있다.
또한, 도 2b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 DC-DC 컨버터(110_b)는 스위칭 소자(SW2), 인덕터(L2), 다이오드(D2)를 포함하는 벅 컨버터(buck converter)일 수 있다.
이 때, 스위칭 소자(SW2)는 스위칭 제어 신호(Csw)에 의해 온-오프 동작이 제어될 수 있고, 트랜지스터로 구현될 수 있다.
또한, 도 2c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 DC-DC 컨버터(110_c)는 스위칭 소자(SW3), 인덕터(L3), 다이오드(D3)를 포함하는 벅-부스트 컨버터(buck-boost converter)일 수 있다.
이 때, 스위칭 소자(SW3)는 스위칭 제어 신호(Csw)에 의해 온-오프 동작이 제어될 수 있고, 트랜지스터로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 채용 가능한 DC-DC 컨버터(110)는 상술한 실시예에 국한되지 않으며, 그 외에도 다양한 형태의 비절연형 컨버터가 채용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 DC-DC 컨버터(110)는 도 3에 도시된 절연형 컨버터(110_d)로 구현될 수 있다.
예를 들어 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 DC-DC 컨버터(110_d)는 스위칭 소자들(SW1, SW2), 인덕터들(L1, L2), 다이오드들(D1, D2, D3, D4), 커패시터들(C1, C2)을 포함하는 하프-브릿지 컨버터(half-bridge converter)일 수 있다.
이 때, 스위칭 소자들(SW1, SW2)은 스위칭 제어 신호(Csw1, Csw2)에 의해 온-오프 동작이 제어될 수 있고, 트랜지스터로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 채용 가능한 DC-DC 컨버터(110)는 상술한 실시예에 국한되지 않으며, 그 외에도 풀-브릿지 컨버터(full-bridge converter), 푸쉬-풀 컨버터(push-pull converter), 플라이백 컨버터(flyback converter), 포워드 컨버터(forward converter) 등 다양한 형태의 절연형 컨버터가 채용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 전원 공급부의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 스위칭 제어 신호(Csw)는 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)와 동일한 주파수를 가질 수 있다.
또한, 스위칭 제어 신호(Csw)의 천이 시점은 부하 전류(Iload)의 천이 시점과 일치할 수 있다.
예를 들어, 스위칭 제어 신호(Csw)의 상승 에지(rising edge)는 부하 전류(Iload)의 상승 에지와 일치하고, 스위칭 제어 신호(Csw)의 하강 에지(falling edge)는 부하 전류(Iload)의 하강 에지와 일치할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 비교예를 나타낸 도면으로서, 스위칭 제어 신호(Csw)의 주파수가 부하 전류(Iload) 보다 2배 높은 경우를 도시하였다.
도 8과 같이, 스위칭 제어 신호(Csw)의 주파수가 부하 전류(Iload) 보다 빠른 경우, 각 부하 기간마다 스위칭 소자(SW)의 온 기간 및 오프 기간이 모두 진행되므로, 스위칭 소자(SW)의 온/오프 변화에 따라 출력전압(Vout)의 리플(Vr2)이 상당히 커지게 된다.
이에 반해, 본 발명의 실시예는 각 부하 기간마다 스위칭 소자(SW)의 온 기간 또는 오프 기간만이 진행되므로, 각 부하 기간 동안 스위칭 소자(SW)가 일정한 상태(온 상태 또는 오프 상태)를 유지할 수 있다.
이에 따라, 스위칭 소자(SW)의 온/오프 변화에 의해 발생되는 리플은 출력전압(Vout)에서 제거되고, 도 8에 도시된 비교예보다 작은 리플(Vr1)만이 출력전압(Vout)에 잔존하게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전원 공급부의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 스위칭 제어 신호(Csw)는 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)와 동일한 주파수를 가질 수 있다.
또한, 스위칭 제어 신호(Csw)의 천이 시점은 부하 전류(Iload)의 천이 시점과 일치할 수 있다.
다만, 도 4와 달리 스위칭 제어 신호(Csw)의 하강 에지는 부하 전류(Iload)의 상승 에지와 일치하고, 스위칭 제어 신호(Csw)의 상승 에지는 부하 전류(Iload)의 하강 에지와 일치할 수 있다.
본 실시예의 경우에도 스위칭 소자(SW)의 온/오프 변화에 의해 발생되는 리플이 출력전압(Vout)에서 제거되므로, 도 8에 도시된 비교예보다 작은 리플만이 출력전압(Vout)에 잔존하게 된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전원 공급부의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 스위칭 제어 신호(Csw)는 부하 전류(Iload) 보다 낮은 주파수를 가질 수 있다.
예를 들어, 스위칭 제어 신호(Csw)의 주파수는 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)에 1/n(n은, 2이상의 자연수)을 곱하여 산출된 값으로 설정될 수 있다.
특히, 도 6에서는 스위칭 제어 신호(Csw)의 주파수가 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)에 1/2을 곱하여 산출된 값으로 설정된 경우를 도시하였다.
또한, 스위칭 제어 신호(Csw)의 천이 시점은 부하 전류(Iload)의 천이 시점과 일치할 수 있다.
다만, 도 4와 달리 스위칭 제어 신호(Csw)의 상승 에지와 하강 에지는 모두 부하 전류(Iload)의 상승 에지와 일치할 수 있다.
본 실시예의 경우에도 스위칭 소자(SW)의 온/오프 변화에 의해 발생되는 리플이 출력전압(Vout)에서 제거되므로, 도 8에 도시된 비교예보다 작은 리플만이 출력전압(Vout)에 잔존하게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 전원 공급부의 구동방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 전원 공급부의 구동방법은 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)를 검출하는 단계(S100), 스위칭 주파수를 설정하는 단계(S200), 및 스위칭 소자를 제어하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)를 검출하는 단계(S100)에서는 부하 전류(Iload)를 센싱하여, 상기 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)를 검출할 수 있다.
본 단계(S100)는 전류 센서(140)에 의해 수행될 수 있다.
스위칭 주파수를 설정하는 단계(S200)에서는 이전 단계(S100)에서 검출된 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)와 대응하는 스위칭 주파수를 설정할 수 있다.
본 단계(S200)는 스위칭 제어부(120)에 의해 수행될 수 있으며, 스위칭 제어부(120)는 전류 센서(140)로부터 부하 전류(Iload)의 주파수(Fi)를 입력받고, 이에 대응하는 스위칭 주파수를 설정할 수 있다.
스위칭 소자를 제어하는 단계(S300)에서는 이전 단계(S200)에서 설정된 스위칭 주파수를 갖는 스위칭 제어 신호(Csw)를 생성하고, 상기 스위칭 제어 신호(Csw)를 DC-DC 컨버터(110)에 포함된 스위칭 소자(SW)로 공급함으로써, 스위칭 소자(SW)를 제어할 수 있다.
본 단계(S300)는 스위칭 제어부(120)에 의해 수행될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 전원 공급부
30: 부하
70: 전원부
110: DC-DC 컨버터
120: 스위칭 제어부
140: 전류 센서

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하고, 외부로부터 공급된 입력전압을 출력전압으로 변환하여 부하로 공급하는 DC-DC 컨버터;
    부하 전류를 센싱하여, 상기 부하 전류의 주파수를 검출하는 전류 센서; 및
    상기 부하 전류의 주파수에 대응하는 스위칭 주파수를 설정하고, 설정된 스위칭 주파수에 따라 상기 스위칭 소자의 동작을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하며,
    상기 스위칭 주파수는, 상기 부하 전류의 주파수에 1/n(n은, 2이상의 자연수)을 곱한 값으로 설정되는 전원 공급부.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부는, 상기 스위칭 주파수를 갖는 스위칭 제어 신호를 상기 스위칭 소자에 공급하는 전원 공급부.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 신호의 천이 시점은, 상기 부하 전류의 천이 시점과 일치하는 전원 공급부.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터는, 비절연형 컨버터인 전원 공급부.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터는, 부스트 컨버터, 벅 컨버터 및 벅-부스트 컨버터 중에 어느 하나인 전원 공급부.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터는, 절연형 컨버터인 전원 공급부.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터는, 하프-브리지 컨버터인 전원 공급부.
  10. 부하 전류를 센싱하여, 상기 부하 전류의 주파수를 검출하는 단계;
    상기 부하 전류의 주파수에 대응하는 스위칭 주파수를 설정하는 단계; 및
    상기 스위칭 주파수를 갖는 스위칭 제어 신호를 DC-DC 컨버터에 포함된 스위칭 소자로 공급함으로써, 상기 스위칭 소자를 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 스위칭 주파수는, 상기 부하 전류의 주파수에 1/n(n은, 2이상의 자연수)을 곱한 값으로 설정되는 전원 공급부의 구동방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 스위칭 제어 신호의 천이 시점은, 상기 부하 전류의 천이 시점과 일치하는 전원 공급부의 구동방법.
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