KR20040044138A

KR20040044138A - 전원장치 및 이것을 이용한 액정표시장치

Info

Publication number: KR20040044138A
Application number: KR1020030080973A
Authority: KR
Inventors: 나카타겐이치
Original assignee: 로무 가부시키가이샤
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2004-05-27
Also published as: JP3732173B2; CN1259766C; US20040095105A1; TW200501538A; JP2004173353A; CN1501573A

Abstract

본 발명에 관련된 전원장치는, 서로 다른 두 전위 사이에 접속된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자의 단자로부터 출력된 전압을 평활화하고 부하에 제공되는 출력전압을 생성하는 출력 평활부와, 상기 스위칭 소자를 구동 및 제어하는 드라이버부와, 상기 출력 평활부보다 후단에 구비되어 상기 부하에 흐르는 전류를 모니터하는 출력전류 검출부를 포함한다. 상기 전원장치는, 입력전압으로부터 원하는 출력전압이 생성될 때, 상기 출력전류 검출부에 의해 얻어진 모니터 결과를 병합함으로써 상기 드라이버부에 의해 상기 스위칭 소자가 구동 및 제어되도록 구성된다. 이러한 구성에 따르면, 급준한 부하 변동이 발생하는 경우에도, 안정된 출력전압을 생성하는 것이 가능하다.

Description

전원장치 및 이것을 이용한 액정표시장치 {POWER SUPPLY DEVICE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME}

본 발명은, 특히 LCD 모니터용 전원과 대형 LCD TV용 전원, 온 보드용 전원 등과 같이, 입력전압으로부터 원하는 출력전압을 생성하고 변동 부하에 대한 고속 응답성이 요구되는 전원장치 전반에 관한 것이다.

종래의 일반적인 DC/DC 컨버터는, 출력전압에 따라 변동하는 참조전압(monitored voltage)과 소정의 기준전압 사이의 차전압(差電壓)을 증폭하는 오차앰프를 구비하고, 이 오차앰프의 출력을 이용하여 출력 트랜지스터의 구동 및 제어를 행하도록 구성으로 되어 있다.

상기와 같이 구성된 DC/DC 컨버터를 사용하면, 부하가 다소 변동한다 하더라도, 출력전압이 설정치와 일치되도록 피드백되기 때문에, 안정된 출력전압을 확실하게 생성할 수 있다.

하지만, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 DC/DC 컨버터에서는 오차앰프가 적분기로서 구성되어 사용되기 때문에, 급준한 부하 변동이 발생하는 경우에는, 오차앰프의 출력이 그 부하 변동을 따라갈 수 없고, 출력전압이 크게 변동하게 될 우려가 있다(도 3 참조). 큰 캐패시턴스를 갖는 출력 콘덴서를 사용하면 출력전압이 크게 변동하지 않도록 제어될 수는 있지만, 이와 같은 구성에서는 출력 콘덴서가 고가이기 때문에 비용 및 설치면적의 측면에서 단점을 갖는다.

종래의 전원장치 중에는, 출력전압과 함께, 출력 트랜지스터에 흐르는 스위칭 전류를 모니터하고, 또 출력 콘덴서의 충·방전 전류를 모니터함으로써, 이러한 모니터 과정에서 얻어진 결과에 따라 출력 트랜지스터의 구동 및 제어를 행하는 것도 있다(일본특허출원 특개2001-112250호 공보나 특개2000-299981호 공보 참조). 상기와 같이 구성된 전원장치에서는, 오차앰프의 출력이 부하 변동을 따라갈 수 없어도, 스위칭 전류 및 충·방전 전류를 모니터함으로써 얻어진 결과에 따라 출력 트랜지스터를 직접 구동 및 제어하는 것이 가능하기 때문에, 출력전압의 변동을 일정 레벨 내에서 유지시킬 수 있다는 것은 분명하다. 하지만, 이러한 종래 기술에서의 모니터 대상은 출력 트랜지스터에 흐르는 스위칭 전류와 출력 콘덴서의 충·방전 전류로 제한된다. 그 결과, 실제로 부하에 흐르는 출력전류가 모니터되지 않기 때문에, 출력 트랜지스터가 부하 변동을 따르도록 구동 및 제어될 수 없게 되어, 출력전압이 적잖이 변동하게 될 가능성이 있다.

특히, 액정 디스플레이(이하, LCD [Liquid Crystal Display]라 칭함)를 구비하는 액정 표시 장치에 있어서는, LCD에 데이터 신호(LCD를 구성하는 픽셀 트랜지스터의 소스 선에 인가되는 전압 신호)를 생성하는 데이터 신호 생성부에 공급되는 전원이 불안정하게 되면, 픽셀 트랜지스터에는 데이터가 불충분하게 기록된다. 그 결과, 콘트라스트(contrast)의 저하나 휘도 경사(brightness decline)와 같은 화질 열화를 초래할 수 있기 때문에, 이러한 용도로 사용되는 전원장치에는 부하 변동에 대한 고응답성이 요구된다.

본 발명의 목적은, 상기의 문제점을 감안하여, 급준한 부하 변동이 발생하는경우에도 안정된 출력전압을 생성할 수 있는 저 비용의 전원장치를 제공하는 것이다. 본 발명은 다른 목적은, 픽셀 트랜지스터에의 데이터 기록 부족 가능성을 저감함으로써 콘트라스트 저하나 휘도 경사와 같은 문제가 적은 우수한 화상 표시를 행할 수 있는 액정표시 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 DC/DC 컨버터의 주요 부분을 나타내는 회로도.

도 2는 본 발명의 실시예의 DC/DC 컨버터의 출력제어 동작을 나타내는 개략도.

도 3은 종래의 DC/DC 컨버터의 출력제어 동작을 나타내는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

Q1 : N채널 전계효과 트랜지스터(출력 트랜지스터)

D1 : 역류방지용 다이오드(쇼트키 다이오드)

L1 : 출력 인덕터Co : 출력 콘덴서

Rs : 센스 저항To : 출력단자

A1 : 오차앰프A2 : gm 앰프

R1∼R3 : 저항C1 : 위상보상 콘덴서

E1 : 직류 전압원E2 : 가변 직류 전압원

ADD : 가산기SLOPE : 슬로프 보상회로

CMP : 비교기(comparator)LC : 리셋 우선형 RS 래치

BUF : 버퍼

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명에 관련된 전원장치는 서로 다른 두 전위 사이에 접속된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자의 단자로부터 출력된 전압을 평활화하고 부하에 제공되는 출력전압을 생성하는 출력 평활부와, 상기 스위칭 소자를 구동 및 제어하는 드라이버부와, 상기 출력 평활부보다 후단에 구비되어 상기 부하에 흐르는 전류를 모니터하는 출력전류 검출부를 포함한다. 상기 전원장치는, 입력전압으로부터 원하는 출력전압이 생성될 때, 상기 출력전류 검출부에 의해 얻어진 모니터 결과를 병합함으로써 상기 드라이버부에 의해 상기 스위칭 소자가 구동 및 제어되도록 구성된다.

본 발명의 이러한 목적과 다른 목적 및 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예와 연계되어 취해진 이하의 상세한 설명으로부터 분명하게 드러날 것이다.

<실시예>

도 1은 본 발명에 관계된 DC/DC 컨버터의 실시 형태를 나타내는 회로도이다. 이 도면에 도시된 것처럼, 본 발명의 실시 형태의 DC/DC 컨버터는, 스위칭 소자로서 서로 다른 전위를 갖는 2지점 사이(입력전압(Vi)과 접지 전위 사이)에 접속된 N채널 전계효과 트랜지스터(Q1)를 구비하며, 트랜지스터(Q1)의 드레인(drain)으로부터 원하는 출력전압(Vo)을 얻는 승압형(booster-type) DC/DC 컨버터이다. 트랜지스터(Q1)는, 출력 인덕터(L1)에 흐르는 인덕터 전류(IL)에 기초하여 제어가 행해지는 피크 커런트(peak current) 모드 제어 방식으로 제어된다.

트랜지스터(Q1)의 드레인은, 수(several) μH 정도의 출력 인덕터(L1)를 통해서 전원라인(입력전압(Vi))에 접속됨과 동시에, 역류 방지용 다이오드(D1), 즉 쇼트키 다이오드(Schottky diode)의 애노드에도 접속된다. 역류 방지용 다이오드(D1)의 캐소드는, 0.1Ω이하의 저항값을 갖는 센스 저항(Rs)을 통해서 출력단자(To)에 접속됨과 동시에, 10 μF 정도의 캐패시턴스를 갖는 출력 콘덴서(Co)를 통해서 접지된다.

출력단자(To)는 저항(R1과 R2)을 통해서 접지된다. 저항(R1과 R2) 사이의 노드는 오차앰프(A1)의 반전 입력단자(-)에 접속된다. 오차앰프(A1)의 비반전 입력단자(+)는 DC 전압원(E1)의 양극 단자(positive terminal)에 접속된다. DC 전압원(E1)의 음극 단자는 접지된다. 오차앰프(A1)의 출력단자는 가산기(ADD)의 하나의 입력단자에 접속되는 한편, 위상 보상 콘덴서(C1)를 통해서 그 자체의 반전 입력단자(-)에도 접속된다. 가산기(ADD)의 다른 입력단자는 슬로프 보상회로(SLOPE)의 출력단자에 접속된다. 가산기(ADD)의 출력단자는 비교기(CMP)의 반전 입력단자(-)에 접속된다.

트랜지스터(Q1)의 소스는 저항(R3)을 통해서 접지됨과 동시에, 가변 DC 전압원(E2)을 통해서 비교기(CMP)의 비반전 입력단자(+)에 접속된다. 비교기(CMP)의 출력단자는 리셋 우선형의 RS 래치(LC)의 리셋 단자(R)에 접속된다. RS 래치(LC)의 세트 단자(S)는 클록 단자에 접속되며, 이 클록 단자를 통해서 200 kHz∼1 MHz의 주파수를 갖는 클록 신호(CLK)가 공급된다. RS 래치(LC)의 출력단자(Q)는 버퍼(BUF)를 통해서 트랜지스터(Q1)의 게이트에 접속된다.

센스 저항(Rs)의 일측(입력측)은, gm 앰프(A2)의 반전 입력단자(-)에 접속된다. 센스 저항(Rs)의 타측(출력측)은, gm 앰프(A2)의 비반전 입력단자(+)에 접속된다. gm 앰프(A2)의 출력단자는 가변 DC 전압원(E2)의 전압 제어 단자에 접속된다. 구체적으로, 가변 DC 전압원(E2)이 생성하는 전압은, 센스 저항(Rs)의 양단에 걸리며 출력전류(Io)에 따라 변동하는 전압(Vs)에 따라서 변동하도록 제어된다.

이제, 상기와 같이 구성된 DC/DC 컨버터의 기능에 대해서 설명한다. 오차앰프(A1)는, 그 비반전 입력단자(+)에 인가된 기준전압(Va)(DC 전압원(E1)에 의해 생성된 전압)과, 그 반전 입력단자(-)에 인가된 제1 참조전압(Vb)(출력전압(Vo)의 분압 전압) 사이의 차전압을 증폭하여 오차전압(Vc)을 생성한다. 그 결과, 목표전압으로부터의 출력전압(Vo)의 강하량이 클수록, 오차전압(Vc)은 더 하이 레벨이 된다.

비교기(CMP)는, 그 반전 입력단자(-)에 인가되는 수정된 오차전압(Vc')(오차전압(Vc)과 경사보상 전압을 합한 값)과, 그 비반전 입력단자(+)에 인가되는 수정된 제2 참조전압(Vd')(저항(R3)의 양단에 걸리며 인덕터 전류(IL)에 따라 변동하는 제2 참조전압(Vd)과 가변 DC 전압원(E2)에 의해 생성된 전압을 합한 값)을 비교함으로써 RS 래치(LC)에 공급되는 리셋 신호(Ve)를 생성한다. 그 결과, 비교기(CMP)의 출력인 리셋 신호(Ve)는, 입력단자들 중 하나에 입력되는 수정된 오차전압(Vc')이 수정된 제2 참조전압(Vd')보다 소정 한계값 만큼 더 높으면, 로우 레벨로 전환되고, 낮으면 하이 레벨로 전환된다.

상기 리셋 신호(Ve)가 로우 레벨로 유지되는 동안에, 트랜지스터(Q1)의 온/오프 상태는, RS 래치(LC)의 세트 단자(S)에 인가되는 클록 신호(CLK)에 따라 트랜지스터(A1)가 스위칭되도록 제어된다. 반대로, 리셋 신호(Ve)가 하이 레벨로 유지되는 동안에는, 클록 신호(CLK)에 관계없이 트랜지스터(Q1)는 오프 상태로 되고, 그 스위칭 동작은 정지된다.

이와 같이, 피크 커런트 모드 제어 방식의 DC/DC 컨버터에서는, 출력전압(Vo)과 인덕터 전류(IL)의 모니터 결과에 따라서 트랜지스터(Q1)의 구동 및 제어가 행해진다.

또한, 본 발명의 실시 형태의 DC/DC 컨버터는, 출력전류(Io)를 모니터하기 위해서, 트랜지스터(Q1)의 단자에 걸리는 전압을 평활화하는 출력 평활부(L1, D1, Co로 구성됨)보다 후단에 배치된 부하에 연결된 전원 공급라인에, 센스 저항(Rs)을 구비한다. 또, DC/DC 컨버터는, 트랜지스터(Q1)를 구동 및 제어하는 그 드라이버부에 있어서는, 센스 저항(Rs)에 의한 모니터 결과에 따른 오프셋 전압이 비교기(CMP)에 입력되기 전에 제2 참조전압(Vd)에 공급되도록 구성된다. 구체적으로는, 센스 저항(Rs)의 양단에 걸리는 전압(Vs)이 커질수록, gm 앰프(A2)에 의해 제2 참조전압(Vd)에 제공되는 오프셋 전압(가변 DC 전압원(E2)에 의해 생성되는 전압)은 작아지게 된다.

도 2는 본 발명의 실시 형태의 DC/DC 컨버터의 출력제어 동작을 나타내는 개략도이다. 이 도면에는 부하가 급준하게 변동할 때의, 출력전류(Io), 출력전압(Vo), 비교기(CMP)에 입력되는 수정된 제1 참조전압(Vc') 및 수정된 제2 참조전압(Vd'), 및 인덕터 전류(IL)의 거동이 도시되어 있다. 본 도면의 도시에서, 실선은 본 발명 적용시의 파형을 나타내며, 파선(broken line)은 종래기술 적용시의 파형을 참고로 나타낸다.

본 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명을 적용한 DC/DC 컨버터는, 오차앰프(A1)의 출력이 급준한 부하 변동을 따라갈 수 없다 하더라도, 실제로 부하에 흐르는 출력전류(Io)를 모니터함으로써 얻어진 결과에 따라 트랜지스터(Q1)를 직접 구동 및 제어할 수 있다. 그래서, 인덕터 전류(IL)를 급준하게 상승시켜서, 출력전압(Vo)의 변동을 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 출력전압(Vo)의 전압강하는 종래의 200㎃로부터 80㎃로 감소시킬 수 있고, 응답 시간도 종래의 10㎲ 정도로부터 1㎲ 정도로 단축시킬 수 있다. 또, 본 실시 형태의 DC/DC 컨버터에 따르면, 대용량의 출력 콘덴서의 사용을 회피할 수 있으므로, 불필요한 비용의 증대 및 외부 출력 콘덴서의 대형화를 회피할 수 있다.

특히, LCD를 구비한 액정 표시 장치에서 데이터 신호 생성부에 대한 전원 공급 수단으로서 본 발명에 관계된 전원장치가 사용되면, 픽셀 트랜지스터에의 데이터 기록 부족 가능성을 저감하는 것이 가능하므로, 콘트라스트의 저하나 휘도 경사와 같은 문제가 적은 우수한 화상 표시를 행할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는 피크 커런트 모드 제어 방식을 채용한 승압형DC/DC 컨버터를 예를 들어 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 국한되지 않고, 강압형이나 멀티-페이즈(multi-phase) 방식의 전원과 같이, 입력전압으로부터 원하는 출력전압을 생성하는 전원장치 전반에 폭넓게 적용할 수 있다. 또, 상기 실시 형태에서는 쇼트키 다이오드가 역류 방지용 다이오드(D1)로서 이용되는 경우만을 나타냈지만, 통상적인 다이오드를 사용하는 것도 가능하며, 스위치 회로를 추가하면 다이오드는 없어도 된다.

또, 상기 실시 형태에서는, 트랜지스터(Q1)를 구동 및 제어하는 드라이버부에 있어서, 센스 저항(Rs)에 의한 모니터 결과에 따른 오프셋 전압이 비교기(CMP)에 입력되기 전에 제2 참조전압(Vd)에 공급되는 구성을 갖는 경우를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 국한되지 않으며, 센스 저항(Rs)에 의한 모니터 결과에 따른 오프셋 전압이 비교기(CMP)에 입력되기 전에 오차전압(Vc)에 공급되는 구성에도 또한 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 관련된 전원장치는, 서로 다른 두 전위 사이에 접속된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자의 단자로부터 출력된 전압을 평활화하고 부하에 제공되는 출력전압을 생성하는 출력 평활부와, 상기 스위칭 소자를 구동 및 제어하는 드라이버부로 이루어지며, 입력전압으로부터 원하는 출력전압이 생성될 때, 상기 부하에 흐르는 전류를 모니터하는 출력전류 검출부가 상기 출력 평활부보다 후단에 구비되며, 상기 출력전류 검출부에 의해 얻어진 모니터 결과를 병합함으로써 상기 드라이버부에 의해 상기 스위칭 소자가 구동 및 제어된다.

보다 구체적으로 말하면, 상술한 바와 같이 구성되는 전원 장치에 있어서,상기 드라이버부는, 출력전압에 따라 변동하는 제1 참조전압과 소정의 기준전압 사이의 차전압을 증폭하여 오차전압을 생성하는 오차앰프와, 상기 스위칭 소자에 흐르는 구동 전류에 따라 변동하는 제2 참조전압과 상기 오차전압을 비교함으로써 비교신호를 생성하는 비교기와, 상기 비교신호에 따라 상기 스위칭 소자를 구동하는 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부와, 상기 비교기에 입력되기 이전의 제2 참조전압 또는 상기 비교기에 입력되기 이전의 상기 오차전압에 대하여 상기 출력전류 검출부에 의한 모니터 결과에 따른 오프셋을 주는 오프셋부로 구성된다.

이러한 구성에 의해, 부하가 급준하게 변동하는 경우에도 안정된 출력전압을 생성할 수 있는 저비용의 전원장치를 제공할 수 있다.

액정 디스플레이와 이 액정 디스플레이를 위한 데이터 신호를 생성하는 데이터 신호 생성부를 구비하는 본 발명에 관련된 액정 표시장치는 상기 데이터 신호 생성부에 대한 전원공급 수단으로서 상기와 같은 구성의 전원장치를 갖는다. 이러한 구성에 의하면, 픽셀 트랜지스터에의 데이터 기록 부족 가능성을 저감하는 것이 가능하므로, 콘트라스트의 저하나 휘도 경사와 같은 문제가 적은 우수한 화상 표시를 행할 수 있는 액정 표시장치를 제공할 수 있다.

Claims

전원장치로서,

서로 다른 두 전위 사이에 접속된 스위칭 소자와,

상기 스위칭 소자의 단자로부터 출력된 전압을 평활화하고 부하에 제공되는 출력전압을 생성하는 출력 평활부와,

상기 스위칭 소자를 구동 및 제어하는 드라이버부와,

상기 출력 평활부보다 후단에 구비되어 상기 부하에 흐르는 전류를 모니터하는 출력전류 검출부를 포함하며,

입력전압으로부터 원하는 출력전압이 생성될 때, 상기 출력전류 검출부에 의해 얻어진 모니터 결과를 병합함으로써 상기 드라이버부에 의해 상기 스위칭 소자가 구동 및 제어되는 전원장치
제 1항에 있어서, 상기 드라이버부는,

상기 출력전압에 따라 변동하는 제1 참조전압과 소정의 기준전압 사이의 차전압을 증폭하여 오차전압을 생성하는 오차앰프와,

상기 스위칭 소자에 흐르는 구동 전류에 따라 변동하는 제2 참조전압과 상기 오차전압을 비교함으로써 비교신호를 생성하는 비교기와,

상기 비교신호에 따라 상기 스위칭 소자를 구동하는 구동신호를 생성하는 구동신호 생성부와,

상기 비교기에 입력되기 이전의 제2 참조전압 또는 상기 비교기에 입력되기 이전의 상기 오차전압에 대하여 상기 출력전류 검출부에 의한 모니터 결과에 따른 오프셋을 주는 오프셋부를 포함하는, 전원장치.
제 2항에 있어서,

상기 구동신호 생성부는, 상기 비교신호를 수신하는 리셋 단자와, 클록 신호를 수신하는 세트 단자와, 상기 구동신호를 출력하는 출력 단자를 갖는 리셋 우선형의 RS 래치 회로로 구성되는 전원장치.
제 2항에 있어서,

상기 출력전류 검출부는 센스 저항으로 구성되는 전원장치.
제 4항에 있어서, 상기 오프셋부는,

상기 센스 저항의 양단에 걸리는 전압을 증폭하는 앰프와

상기 제2 참조전압 또는 상기오차 전압에 대하여 상기 앰프의 출력전압에 따른 오프셋 전압을 제공하는 가변 DC 전압원을 포함하는, 전원장치.
액정 표시장치로서,

액정 디스플레이와,

상기 액정 디스플레이를 위한 데이터 신호를 생성하는 데이터 신호 생성부와,

상기 데이터 신호 생성부에 전원을 공급하는 전원장치를 포함하며,

상기 전원장치는 :

서로 다른 두 전위 사이에 접속된 스위칭 소자와,

상기 스위칭 소자의 단자로부터 출력된 전압을 평활화하고 부하에 제공되는 출력전압을 생성하는 출력 평활부와,

상기 스위칭 소자를 구동 및 제어하는 드라이버부와,

상기 출력 평활부보다 후단에 구비되어 상기 부하에 흐르는 전류를 모니터하는 출력 전류 검출부를 포함하며,

입력전압으로부터 원하는 출력전압이 생성될 때, 상기 출력전류 검출부에 의해 얻어진 모니터 결과를 병합함으로써 상기 드라이버부에 의해 상기 스위칭 소자가 구동 및 제어되는, 전원장치.