[논문]AMOLED 용 Power IC Driver 설계

라유찬

doi:10.5762/kais.2018.19.5.587

AMOLED 용 Power IC Driver 설계
Design of Power IC Driver for AMOLED 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.19 no.5, 2018년, pp.587 - 592

초록
AI-Helper

AMOLED는 흐르는 전류에 의해 밝기가 결정되므로 AMOLED의 각 픽셀은 전류 구동 방식으로 동작하므로 AMOLED 구동을 위해서는 사용자의 요구에 의해 전류의 양을 조절할 수 있는 전원이 필요하다. 이에 본 논문에서는 사용자에 의해 설정된 전원을 공급하는 AMOLED 디스플레이용 IP의 driver 블록을 설계하고 이에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 설계된 IP의 driver는 전압에 대해 다이오드 전류 곡선을 가지는 AMOLED의 특성 때문에 출력 전압 레귤레이션에 중점을 두었고, low load시에는 PSM(Pulse-skipping mode)로 동작하고 medium/high load시에는 1.5MHz PWM(Pulse-width modulation) mode로 동작한다. 설계된 IP의 driver는 step-up converter의 DCM(Dis-Continue Mode)에서 발생하는 ringing 현상을 제거하도록 설계하였다. Ringing 현상은 IC내의 power switch를 파괴하거나 주위의 소자들에 EMI를 증가시키는 역할을 하게 된다. 설계된 IP의 driver에서는 ringing killer 회로를 통해 이를 최소화하였다. Mobile applications를 고려하여 disable시에는 standby current를 $1{\mu}A$이하로 설계하여 true shut-down이 가능하도록 하였다. 본 논문에서 제안한 드라이버는 AMOLED의 디스플레이용 듀얼 파워 매니지먼트회로와 같은 시스템에 효율적으로 적용할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Because the brightness of an AMOLED is determined by the flowing current, each pixel of AMOLED operates via A current driving method. Therefore, it is necessary to supply power to adjust the amount of current according to THE user's requirement for AMOLED driving. In this study, an IP driver block was designed and a simulation was conducted for an AMOLED display, which supplies power as selected by users. The IP driver design focused on regulating the output power due to the OLED characteristics for the diode electric current according to the voltage to be activated by pulse-skipping mode (PSM) under low loads, and 1.5 MHz pulse-width modulation (PWM) for medium/high loads. The IP driver was designed to eliminate the ringing effects appearing from the dis-continue mode (DCM) of the step-up converter. The ringing effects destroy the power switch within the IC, or increase the EMI to the surrounding elements. The IP driver design minimized this through a ringing killer circuit. Mobile applications were considered to enable true shut-down capability by designing the standby current to fall below $1{\mu}A$ to disable it. The driver proposed in this paper can be applied effectively to the same system as the AMOLED display dual power management circuit.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 최근 중요한 이슈로 부각되고 있는 AMOLED 디스플레이용 IP의 driver 블록을 설계하고 이에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 설계된 IP의 driver 는 전압에 대해 다이오드 전류 곡선을 가지는 OLED의 특성 때문에 출력 전압 레귤레이션에 중점을 두었고, low load시에는 PSM로 동작하고 medium/high load시에는 1.
이에 본 논문에서는 사용자에 의해 설정된 전원을 공급하는 AMOLED 디스플레이용 듀얼 파워매니지먼트 IP의 driver 블록을 설계하고 이에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 설계된 IP의 driver는 전압에 대해 다이오드 전류 곡선을 가지는 AMOLED의 특성 때문에 출력 전압 레귤레이션에 중점을 두었고, low load시에는 PSM(Pulse-skipping mode)로 동작하고 medium/high load시에는 1.

제안 방법

1nsec이다. Non-overlap되도록 설계하여 driver단의 shoot-through를 차단하였다.
5MHz PWM(Pulse-width modulation) mode로 동작한다.[6]1 % 이내의 출력 전압 레귤레이션을 위해 1.5MHz의 비교적 높은 주파수와 효율을 높이기 위해 synchronous rectifier 타입으로 설계하였다. mobile applications을 고려하여 true shutdown을 달성하기 위해 turn-off시 소비 전류를 1uA 이하로 하였다.
Ringing-killer switch는 5V 1Ω CMOS를 사용하였다. 각각의 switch는 shoot-through를 방지하기 위해 non-overlap되도록 설계하였다.
그림 6은 synchronous rectifier의 블록도로 하나의 transistor로 설계할 경우 발생하는 기생 다이오드에 의한 reverse current를 방지하기 위해 두 개의 transistor로 기생 다이오드가 서로 마주보는 형태로 설계를 하였다. 오른쪽의 transistor는 enable 이후에 항상 turn-on 동작을 하며 왼쪽의 transistor를 turn-on/turn-off 시켜 synchronous rectifier를 설계하였다.
따라서 반드시 inductor의 slope compensation이 필요하다. 설계된 IC는 inductor 전류의 down slope의 1/2를 compensation하여 안정적인 동작할 수 있도록 구성하였다.
current-mode control 방식은 voltage-mode control 방식에 비해 compensation이 용이하며 입력 전압과 부하의 변동에 응답 특성이 좋다. 설계된 IC는 내부 compensation을 하였으며 충분한 시뮬레이션을 통해 적정한 compensation 값을 찾았다. control에 있어서 또 다른 중요한 부분은 inductor의 전류 sensing이다.
Ringing 현상은 IC내의 power switch를 파괴하거나 주위의 소자들에 EMI를 증가시키는 역할을 하게 된다. 설계된 IP에서는 ringing killer 회로를 통해 이를 최소화하였다. Mobile applications를 고려하여 disable시에는 standby current를 1uA이하로 설계하여 true shut-down이 가능하도록 하였다.
본 논문에서는 최근 중요한 이슈로 부각되고 있는 AMOLED 디스플레이용 IP의 driver 블록을 설계하고 이에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 설계된 IP의 driver 는 전압에 대해 다이오드 전류 곡선을 가지는 OLED의 특성 때문에 출력 전압 레귤레이션에 중점을 두었고, low load시에는 PSM로 동작하고 medium/high load시에는 1.5MHz PWM mode로 동작하고, step-up converter의 DCM에서 발생하는 ringing 현상을 제거하도록 설계하였다. Ringing 현상은 IC내의 power switch 를 파괴하거나 주위의 소자들에 EMI를 증가시키는 역할을 하게 된다.
또한 switching시에 gate driver단에 발생하는 peak current를 줄이기 위해 non-overlap 회로를 구현하여야 한다. 설계된 블록의 rising time은 10nsec, falling time은 3nsec로 leading edge peak current를 줄이기 위해turn-on 시에는 soft switching을 하고 turn-off 시에는 hard switching을 하도록 설계하였다.
설계한 IC는 이러한 목적으로 ringing-killer 블록을 통해 ringing oscillation을 방지하였다. 인덕터에 build-up된 전류가 synchronous rectifier에 의해 출력으로 전달되고 0A가 됐을 때 인덕터 양단 전압을 0V로 함으로써 인덕터에 의해 발생하는 ringing oscillation을 방지할 수 있다.
그림 6은 synchronous rectifier의 블록도로 하나의 transistor로 설계할 경우 발생하는 기생 다이오드에 의한 reverse current를 방지하기 위해 두 개의 transistor로 기생 다이오드가 서로 마주보는 형태로 설계를 하였다. 오른쪽의 transistor는 enable 이후에 항상 turn-on 동작을 하며 왼쪽의 transistor를 turn-on/turn-off 시켜 synchronous rectifier를 설계하였다.
이 중 설계된 IP는 입력 전압과 부하의 변동에 응답속도가 빠른 current-mode control 방식을 적용하였다. 외부 discrete 소자의 크기를 줄이기 위해 internal compensation으로 설계하였다. 출력 전압의 작은 ripple을 위해서 1.
5MHz의 높은 switching frequency를 선택하였으며 이로 인해 일반적인 DC-DC step-up converter가 가지는 효율보다 낮아졌다. 이점을 보완하기 위해 discrete 형태의 freewheeling diode를 사용하지 않고 synchronous rectification을 이용하여 설계하였다. 이를 통해 효율을 좀 더 높일 수 있다.

대상 데이터

따라서 power switch로 사용된 소자는 5V 0.5Ω CMOS 소자를 사용하였다.
사용된 소자는 출력 전압이 4.9V이기 때문에 5V 0.8Ω CMOS를 사용하였다.

이론/모형

이 중 설계된 IP는 입력 전압과 부하의 변동에 응답속도가 빠른 current-mode control 방식을 적용하였다. 외부 discrete 소자의 크기를 줄이기 위해 internal compensation으로 설계하였다.

성능/효과

외부 discrete 소자의 크기를 줄이기 위해 internal compensation으로 설계하였다. 출력 전압의 작은 ripple을 위해서 1.5MHz의 높은 switching frequency를 선택하였으며 이로 인해 일반적인 DC-DC step-up converter가 가지는 효율보다 낮아졌다. 이점을 보완하기 위해 discrete 형태의 freewheeling diode를 사용하지 않고 synchronous rectification을 이용하여 설계하였다.

후속연구

본 논문에서 제안한 드라이버는 AMOLED의 디스플레이용 듀얼 파워 매니지먼트회로와 같은 시스템에 효율적으로 적용할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	AMOLED 구동을 위해 필요한 것은?	AMOLED는 흐르는 전류에 의해 밝기가 결정되므로 AMOLED의 각 픽셀은 전류 구동 방식으로 동작하므로 AMOLED 구동을 위해서는 사용자의 요구에 의해 전류의 양을 조절할 수 있는 전원이 필요하다.[4-5]
	AMOLED 디스플레이용 IP의 driver 블록 설계를 통해 true shut-down을 가능케 한 방법은 무엇인가?	설계된 IP의 driver에서는 ringing killer 회로를 통해 이를 최소화하였다. Mobile applications를 고려하여 disable시에는 standby current를 1uA이하로 설계하여 true shut-down이 가능하도록 하였다.
	AMOLED가 갖고있는 특성은?	AMOLED는 얇은 구조, 높은 색재현성, 광 시야각, 빠른 응답 속도, 높은 휘도, 높은 명암 비 저전력 소모등의 뛰어는 특성을 갖는 소자로 스스로 발광하는 성질을 가지므로 LCD와 달리 백라이트를 필요로 하지 않는 다.[1-3]

참고문헌 (11)

http://www.telpaper.com/201321828/
Deane, J. H., "Chaos in a Current-mode Controlled Boost DC-DC Converter," IEEE Xplore, pp. 52-58, August, 1992
R. Watson, F. C. Lee. "A Soft-switched, Full-bridge Boost Converter Employing an Active-clamp Circuit." IEEE Xplore. IEEE, June, 1996. DOI: https://doi.org/10.1109/PESC.1996.548847
S. M. Chen, T. J. Liang, J. F. Chen, "single DC/DC CCFL Inverter for Large Size LCD TV with Burst Control", IEEE APCCAS,4-7, pp. 844-847, Dec. 2006. DOI: https://doi.org/10.1109/APCCAS.2006.342173
S. Y. Tseng, S. C. Lin, H. C. Lin, "LED backlight power system with auto-tuning regulation voltage for LCD panels", in Proc. IEEE Appl. Power Electron. Conf. (APEC), Feb. 2008. DOI: https://doi.org/10.1109/APEC.2008.4522775
A. M Gaur, Rajesh Kumar, Amod Kumar and Dinesh Singh Rana, "PLC Based Automatic Control of Rheometer", International Journal of Control and Automation, Vol. 3, No. 4, pp. 11-20, 2010.
Nidhika Birla and Akhilesh Swarup, "An Optimal Method about Resource Scheduling for Economizing Energy in Extended Virtual Machine System", International Journal of Energy, Information and Communications, Vol. 3, pp. 61-73, 2012.
C. C. Chen, C. Y. Wu, T. F. Wu, "LED Back-Light Driving System for LCD Panels", IEEE APEC 2006, pp.381-385, 2006. DOI: https://doi.org/10.1109/APEC.2006.1620566
Mattingly, Doug. Designing Stable Compensation Networks. Intersil Corporation, Dec. 2003.
Mohan, Ned, William P. Robbins, and Tore M. Undeland. Power Electronics: Converters, Applications, and Design. Hoboken, NJ: Wiley, 2007.
Y. H. Zhang, Q. Y. Dai, R. Y. Zhong,"An Extensible Event-Driven Manufacturing Management with Complex Event Processing Approach", International Journal of Control and Automation, Vol. 2, No. 3, pp. 1-12, 2009.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증