CN1609934A - 等离子体显示板的开关装置和驱动设备 - Google Patents

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Abstract

一种便于在高压下操作的等离子体显示板的开关装置。该开关装置可由并联连接的至少一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)形成。该开关装置还可以由并联连接的绝缘栅双极晶体管以及金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)形成。该MOSFET可用作低电流区域中的开关装置，而IGBT可用作高电流区域中的开关装置。

Description

等离子体显示板的开关装置和驱动设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2003年10月16日提交的韩国专利申请第10-2003-0072314号的优先权和利益，为了在这里全部提出的所有目的而通过引用将其合并其中。
技术领域
本发明涉及等离子体显示板(PDP)的开关装置。更具体地，本发明涉及便于在高压时操作的PDP开关装置。
背景技术
已经研发了各种平板显示器，例如液晶显示器(LCD)、场发射显示器(FED)、以及PDP。在这些显示器中，PDP与其它平板显示器相比，具有更高的分辨率、更高速的发射效率、和更宽的视角。因此，PDP作为对超过40英寸的大尺寸显示器的传统阴极射线管(CRT)的替代显示器，PDP很突出。
PDP使用由气体放电生成的等离子体来显示字符或图像，并且其包括以矩阵形式排列的数十万乃至上百万个像素。根据施加的驱动电压的波形和放电单元结构，PDP可分为直流(DC)PDP和交流(AC)PDP。
图1表示AC PDP的部分透视图。
如图1所示，在第一玻璃衬底1上形成成对的彼此平行的扫描电极4和维持电极5，并且由介电层2和保护膜3覆盖这些扫描电极4和维持电极5。在第二玻璃衬底6上形成多个寻址电极8，该寻址电极8由绝缘层7覆盖。在绝缘层7上形成在寻址电极8之间并与寻址电极8平行的屏蔽条(barrierrib)9，并在绝缘层7的表面上和屏蔽条9的两侧上形成荧光体(phosphor)10。第一和第二玻璃衬底1和6密封在一起，以在其间形成放电空间11，使得扫描电极4和维持电极5与寻址电极8正交。寻址电极8与一对扫描电极4和维持电极5的交叉点的一部分放电空间11形成放电单元12。
图2简略地示出AC PDP的典型电极配置。
如图2所示，这些电极包括m×n矩阵。沿列方向安排寻址电极A1至Am，  并沿行方向交替排列扫描电极Y1至Yn和维持电极X1至Xn。放电单元12对应于图1中的放电单元12。
驱动AC PDP的传统方法包括复位周期、寻址周期、和维持周期。
在复位周期中，对单元初始化，用于正确的寻址操作。在寻址周期中，对将导通的单元(寻址单元)施加寻址电压，其在这些寻址单元中积累壁电荷。在维持周期中，在寻址单元中发生维持放电，以在PDP上显示图像。
利用该方法，可在复位、寻址、和维持周期内由多个开关装置施加期望的电压。但由于施加的脉冲型电压，所以窄脉冲型电流可在寻址周期和维持周期内快速流过开关装置。具有快开关速度的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)通常用于开关装置。可是，当MOSFET的耐压增加时，在MOSFET导通时，其漏极和源极之间的电阻Ron急剧增加。因此，随着脉冲型电流的流动，MOSFET的均方根值(RMS)可能非常高。因此，MOSFET可能具有高传导损耗并可能产生大量热。
通过使用如图3所示的并联的多个MOSFET来进行开关的方法可用于解决上述问题。然而，增加输入到PDP的Xe气体的局部压力可能是有利的，由于该增加的局部压力使得必须有较高的驱动电压，因此需要更多并联的MOSFET。但是增加MOSFET的数量可能增加成本、驱动板的尺寸、以及驱动电路的数量。
发明内容
本发明的优点在于提供了一种降低成本并提高效率的用于等离子体显示板的开关装置。
本发明的其它特征将在随后的描述中阐明，并部分根据该描述而清楚，或可通过实践本发明而得知。
本发明公开了一种用于驱动等离子体显示板的开关装置，该等离子体显示板具有多个寻址电极、成对排列的多个扫描电极和多个维持电极、以及位于多个寻址电极之间、多个扫描电极和多个维持电极之间的面板电容。该开关装置包括第一绝缘栅双极晶体管，用于通过施加到该第一绝缘栅双极晶体管的栅极的电压而执行导通或关断操作；以及第二绝缘栅双极晶体管，其与第一绝缘栅双极晶体管并联，用于通过施加到该第二绝缘栅双极晶体管的栅极的电压而执行导通或关断操作。
本发明还公开了一种用于驱动等离子体显示板的开关装置，该等离子显示板具有多个寻址电极、成对安排的多个扫描电极和多个维持电极、以及位于多个寻址电极之间、以及多个扫描电极和多个维持电极之间的面板电容。该开关装置包括：第一金属氧化物半导体场效应晶体管，用于通过施加到该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极的电压而执行导通或关断操作；以及第一绝缘栅双极晶体管，其与该第一金属氧化物半导体场效应晶体管并联，用于通过施加到该第一绝缘栅双极晶体管的栅极的电压而执行导通或关断操作。
本发明还公开了一种用于驱动等离子体显示板的设备，其中由多个第一电极和多个第二电极形成放电空间，该设备包括：第一开关，耦接在多个第一电极和提供第一电压的第一电源之间；以及第二开关，耦接在多个第一电极和提供第二电压的第二电源之间。第一开关和第二开关包括并联连接的至少两个绝缘栅双极晶体管。第一电压在维持周期内施加维持电压，该维持电压是第一电压和第二电压之间的电压差。
本发明还公开了一种用于驱动等离子体显示板的设备，其中由多个第一电极和多个第二电极形成放电空间，该设备包括：第一开关，耦接在多个第一电极和提供第一电压的第一电源之间；第二开关，耦接在多个第一电极和提供第二电压的第二电源之间。所述第一开关和第二开关包括并联连接的金属氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管。第一电压在维持周期内施加维持电压，该维持电压是第一电压和第二电压之间的电压差。
应理解前面的一般描述和后面的详细描述是示范性的和解释性的，并意欲提供权利要求所示的对本发明的进一步解释。
附图说明
包括在内以提供对本发明的进一步理解并合并和构成说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并和说明书一起用来解释本发明的原理。
图1表示AC PDP的部分透视图。
图2表示AC PDP的典型电极设置。
图3是表示PDP的传统开关装置的示意图。
图4是表示根据本发明第一示范实施例的PDP的开关装置的示意图。
图5是MOSFET和绝缘栅双极晶体管(IGBT)电流和电压特性的曲线图。
图6A和图6B是表示IGBT的Vce电压和Ic电流之间的关系的曲线图。
图7是表示根据本发明第二示范实施例的PDP的开关装置的示意图。
图8A是表示IGBT的Vce电压和Ic电流之间的关系的曲线图。图8B是表示当MOSFET和IGBT并联时，Vce电压和Ic电流之间关系的曲线图。
图9是表示根据本发明第三示范实施例的PDP的开关装置的示意图。
图10表示根据本发明第一示范实施例的当IGBT并联时可消除的驱动电路。
图11A和图11B是表示根据本发明第一和第二示范实施例的PDP的驱动设备的示意图。
具体实施方式
以下详细描述仅示出和描述了本发明的优选实施例，作为对执行本发明的发明人预期的最佳模式的图示。正如将认识到的那样，可以在不脱离本发明的情况下对本发明的各种明显的方面进行改进。因此附图和说明被认为是本质上的解释，而不是限制。为了清楚地阐述本发明，在说明书中没有描述的部件将被忽略，并且提供有相似描述的部件具有相同的附图标记。
图4是表示根据本发明第一示范实施例的PDP的开关装置的示意图。
如图4所示，根据本发明第一示范实施例的PDP的开关装置包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)Z1和Z2以及二极管D1。IGBT Z1、IGBT Z2与二极管D1并联。由于IGBT Z1和Z2不具有主体二极管(body diode)，因此二极管D1与IGBT Z1和Z2并联，以允许反向电流流过。
在驱动操作期间，IGBT Z1和Z2将电压施加到PDP。当驱动电流很大并且电流容量增加时，多个IGBT可并联。IGBT Z1和Z2提供在PDP的驱动电路中，并且执行开关操作，以操作复位周期、寻址周期、和维持周期。
图5是表示当MOSFET和IGBT导通时，在25℃和125℃温度下的电流和电压特性的曲线图。如图5所示，IGBT在高电流区域工作性能优于MOSFET。换言之，当相同电流在高电流区域中流动时，IGBT的电压小于MOSFET的电压。比较MOSFET具有25℃温度和IGBT具有125℃温度时的电流和电压，125℃的IGBT具有较显著的特性。因此，IGBT的温度特性比MOSFET的温度特性更显著。由此，因为当施加相同电流时IGBT的电压小于MOSFET的电压，因此IGBT的电压损耗小于MOSFET的电压损耗。
当IGBT导通时，该IGBT是二极管连接(IGBT是双极晶体管，当IGBT导通时，IGBT变成二极管连接)。因此，将作为集电极和发射极之间的电压的二极管电压Vce施加到IGBT。当电流增加时，二极管电压Vce并不增加。因此，当PDP放电产生的脉冲放电电流流过时，IGBT的传导损耗可能比MOSFET的传导损耗小得多。如上所述，由于当MOSFET导通时，MOSFET等效于Ron，因此其传导损耗随着更高的脉冲电流而增加。由于其结构，在相同的耐压，IGBT的单位面积的电流传导性能比MOSFET的单位面积的电流传导性能好。由此，可降低半导体芯片的尺寸和开关装置的成本。
在PDP中，当通过导通开关装置进行放电点火操作时，高和窄脉冲型电流可流过并到达0。然后，开关装置关断。由此，由于当电流到达0时，没有很快关断的IGBT执行关断操作，因此可以高速驱动该PDP。这样，IGBT的弱关断性质在驱动PDP中并不成为问题。
然而，当IGBT并联并用于根据本发明第一示范实施例的开关装置时，在IGBT导通时电压Vce可具有正温度系数，并且负载电流可聚集到一侧。图6A和6B是表示在25℃和125℃温度下的IGBT的Vce电压和Ic电流之间的关系的曲线图。图6A和6B所示的15V、13V、11V、9V、7V、和5V电压分别代表栅极-发射极电压。Vce电压代表当IGBT导通时在集电极和发射极之间的电压，而Ic电流代表当IGBT导通时的集电极电流。如图6A和6B的圆圈区域所示，当提供了相同条件的电压Vce时，在图6B中较高的温度下流过较高的电流Ic。由此，随着IGBT的温度增加，较高电流流到IGBT Z1，这有问题地在一个IGBT处聚集负载电流并产生热。所以，当用图5所示的并联IGBT形成开关装置时，由于在导通该开关的早期和已减少电流的期间的压降大于MOSFET的压降，因此在高电流区域得到的效率降低。
下面描述可解决本发明第一示范实施例的问题的PDP的开关装置。
图7是表示根据本发明第二示范实施例的PDP的开关装置的示意图。
如图7所示，根据本发明第二示范实施例的PDP的开关装置包括与IGBTZ3并联的MOSFET M3。多于一个MOSFET和多于一个IGBT可用于需要高电流容量的大PDP的开关装置。
MOSFET M3可用于低电流区域中的开关装置，并且IGBT Z3可用于高电流区域中的开关装置。由于如图5所示，IGBT Z3在低电流区域具有高压降，因此IGBT Z3可用于高电流区域中的开关装置，这降低效率。由于MOSFET M3等效于Ron并不会产生高压降，因此MOSFET M3可用于低电流区域中的开关装置，这导致比IGBT高的效率。
图8A是表示当IGBT Z3导通并用于开关装置时，电压Vce和电流Ic之间的关系的曲线图。图8B是表示当并联的MOSFET M3和IGBT Z3导通并用于开关装置时，电压Vce和电流Ic之间的关系的曲线图。图8A和8B所示的电压15V、13V、11V、9V、7V、和5V分别代表栅极-发射极电压。在图8A的圆圈标注区域中，在低电流区域中的IGBT的压降可能高。然而，在图8B的圆圈标注区域中，当MOSFET M3和IGBT Z3并联时，可存在Ic电流和Vce电压之间的比例关系，并且MOSFET M3在低电流区域中工作，这可提供相同电流Ic条件下的较低压降。换言之，当MOSFET M3在低电流区域中工作时，由于当MOSFET导通时MOSFET等效于Ron，因此如图8B圈形标注所示给出了比例关系，并且减少了压降。由此，可提高开关装置的效率。如图8B所示，IGBT Z3可在高电流区域内(圈形标注区域的外部)工作。由于当IGBT Z3导通时IGBT Z3的电压变成Vce，因此当电流增加时电压维持在一恒定值。由于IGBT Z3在高电流区域工作，并且当脉冲放电电流流过时IGBT Z3的电压变成电压Vce，因此开关装置的效率可进一步改善。结果，通过利用低电流区域中的MOSFET M3和高电流区域中的IGBT Z3，可提高开关装置的效率。
可以不需要与IGBT并联的二极管D1。当IGBT Z3与MOSFET M3并联时，由于当MOSFET M3和IGBT Z3用作开关装置时，MOSFET M3包括主体二极管并且传导反向电流，因此二极管D1可以不是必须的。
图9是表示根据本发明第三示范实施例的PDP的开关装置的示意图。图9所示的开关装置可解决根据本发明第一示范实施例的开关装置的问题，其中由于正温度系数特性而使得负载电流聚集在该装置的一侧。
如图9所示，IGBT Z1的集电极和IGBT Z2的集电极分别和传感器1和传感器2耦接，并且IGBT Z1的栅极和IGBTZ2的栅极分别与补偿器1和补偿器2耦接。当开关装置导通时，传感器1和传感器2测量电流，并且补偿器1和补偿器2补偿施加给开关装置的栅极电压。电源V1代表施加至IGBTZ1和Z2的栅极用于导通和关断IGBT Z1和Z2的电源。
传感器1和2测量流过IGBT Z1和Z2的集电极的电流，并将该负载电流的测量值传输给补偿器1和2。补偿器1和2使用由传感器1和2传输的负载电流以补偿IGBT Z1和IGBT Z2的栅极驱动电压，由此建立通过IGBT Z1和Z2的相等负载电流，并解决负载电流聚集在一侧上的问题。当附加电流流过IGBT Z1时，补偿器1通过减少施加至IGBT Z1的栅极的电压而减少该电流。补偿器1和补偿器2可使用变压器或信号放大器来调整栅极电源V1的电压。
图10表示根据本发明第一示范实施例的当IGBT Z1和Z2并联时，没有二极管D1的开关装置的示意图。这个结构可以允许消除用于驱动开关装置的电路。
图10A表示可用作具有并联的MOSFET M1和M2的传统开关的驱动电路的推挽式栅极驱动电路的示意图。电源V2代表栅极驱动电源，而电源17V代表推挽式栅极驱动电路中晶体管Q1和Q2的偏压电源。该推挽式栅极驱动电路对于驱动由并联的MOSFETM1和M2形成的开关装置是必须的。然而，如图10B所示，根据本发明示范实施例的开关装置可被导通和关断，而无需推挽式栅极驱动电路。该IGBT形成有这样的结构，其中栅极被绝缘并以与MOSFET类似的方式被划分，并且当施加栅极驱动电压V2时，电荷聚集到栅极。然而，由于IGBT的半导体芯片的尺寸可能小于MOSFET的半导体芯片的尺寸，因此将被充电至栅极的电荷Qq的数量可能小于将被充电至MOSFET的电荷数量。因此，由于可能需要减少数量的电荷Qq，因此通过使用栅极驱动电源V2可执行IGBT Z1和Z2的开关操作，而不用使用推挽式驱动电路。
由于在消耗很多功率的维持周期内非常频繁地进行开关操作，因此最好将图4和图7所示的开关装置用于给PDP的面板电容施加维持电压。该维持电压代表施加到维持电极X1-Xn的电压与施加到扫描电极Y1-Yn的电压之间的差，并且它可对应于在寻址周期中用于对选择的单元进行放电的电压。
图11A和图11B表示根据本发明示范实施例的用于施加维持电压Vs的PDP的驱动设备。
如图11A和图11B所示，PDP的驱动设备包括用于电源恢复的电容Cr、开关S1、S2、S3和S4、电感器L、面板电容Cp、以及二极管D1和D2。用电压Vs/2对电容Cr充电。用如本发明第一和第二示范实施例所示的并联的多个IGBT或并联的IGBT和MOSFET形成开关S1、S2、S3和S4。面板电容Cp的一端可对应于扫描电极或维持电极。当面板电容Cp的一端对应于寻址电极时，面板电容Cp的另一端(表示为0V)对应于维持电极，反之亦然。将用于在寻址周期内对选择的单元进行放电的与面板电容Cp的两端电压对应的电压施加到面板电容Cp的另一端，其上施加了维持电压Vs。换言之，在维持放电周期期间，维持电压Vs可交替施加到维持电极和扫描电极。在图11A和11B中，为了方便，假设维持电压Vs为地电压0V。
开关S1通过使用LC共振而使面板电容Cp的端电压增加至接近电压Vs，并且开关S3将面板电容Cp的端电压箝位至电压Vs。开关S2通过使用LC共振使面板电容Cp的端电压减少至接近于电压0V，并且开关S4将面板电容Cp的端电压箝位至电压0V。当对面板电容进行LC充电/放电时，二极管D1和D2截取反向电流。在图11A和图11B中表示出用于执行能量恢复操作的PDP的驱动设备。然而，通过使用开关S3和S4而不使用其它，在维持周期中恰当地施加维持电压Vs。
用于驱动PDP的传统方法包括复位周期、寻址周期、和维持周期。图11A和图11B所示的电路可用于在维持周期中对放电单元进行维持放电，这可解决由于开关S1、S2、S3和S4的大量必需的开关操作的发热和耐压引起的问题。当PDP具有需要更高驱动电压的增加压力的Xe气体时，该电路可增加PDP的效率。
本发明示范实施例的开关装置也可用作在寻址周期内施加寻址电压Va的电路中的开关装置。寻址电压Va表示施加给用于选择放电单元的寻址电极的电压。除了用寻址电压Va代替维持电压Vs外，用于施加寻址电压Va的电路可和图11A和图11B所示的电路相同，并且面板电容Cp的一端可对应于寻址电极。由于施加寻址电压Va需要大量的开关操作，因此在寻址周期中，也会发生发热和耐压的问题。因此，当增加Xe气体的局部压力时，可以更有效地使用本发明第一和第二示范实施例的开关装置，这需要增加的驱动电压。
如上所述，当用多于一个并联的IGBT形成开关装置时，可增加PDP的效率。由于可减少半导体的尺寸，因此可减少成本。当IGBT和MOSFET并联时，MOSFET可用于低电流区域中的开关装置，IGBT可用于高电流区域中的开关装置。因此，这可避免当使用两个IGBT时电流聚集在一侧，并可提高效率。
本领域技术人员应明白，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可对本发明进行各种修改和变形。由此，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求及其等效物的范围内的本发明的修改和变形。

Claims (16)

1.一种用于驱动等离子体显示板的开关装置，该等离子体显示板具有多个寻址电极、成对安排的多个扫描电极和多个维持电极、以及位于多个寻址电极之间、以及多个扫描电极和多个维持电极之间的面板电容，该开关装置包括：
第一绝缘栅双极晶体管，用于通过施加到该第一绝缘栅双极晶体管的栅极的电压而执行导通或关断操作；以及
第二绝缘栅双极晶体管，其与第一绝缘栅双极晶体管并联，用于通过施加到该第二绝缘栅双极晶体管的栅极的电压而执行导通或关断操作。
2.如权利要求1所述的装置，其中该PDP的开关装置为面板电容提供维持电压。
3.如权利要求1所述的装置，其中该PDP的开关装置为面板电容提供寻址电压。
4.如权利要求1所述的装置，进一步包括：
多个绝缘栅双极晶体管，与第一绝缘栅双极晶体管和第二绝缘栅双极晶体管并联。
5.如权利要求1所述的装置，进一步包括：
二极管，与第一绝缘栅双极晶体管和第二绝缘栅双极晶体管并联，
其中该二极管流动在驱动该PDP时产生的反向电流。
6.如权利要求2所述的装置，进一步包括：
第一传感器，用于测量第一绝缘栅双极晶体管的集电极电流；
第一补偿器，用于根据第一传感器测量的集电极电流而控制施加到第一绝缘栅双极晶体管的栅极的电压；
第二传感器，用于测量第二绝缘栅双极晶体管的集电极电流；和
第二补偿器，用于根据第二传感器测量的集电极电流而控制施加到第二绝缘栅双极晶体管的栅极的电压。
7.一种用于驱动等离子体显示板(PDP)的开关装置，该等离子显示板具有多个寻址电极、成对安排的多个扫描电极和多个维持电极、以及位于多个寻址电极之间、以及多个扫描电极和多个维持电极之间的面板电容，该开关装置包括：
第一金属氧化物半导体场效应晶体管，用于通过施加到该第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极的电压而执行导通或关断操作；以及
第一绝缘栅双极晶体管，其与该第一金属氧化物半导体场效应晶体管并联，用于通过施加到该第一绝缘栅双极晶体管的栅极的电压而执行导通或关断操作。
8.如权利要求7所述的装置，其中该PDP的开关装置为面板电容提供维持电压。
9.如权利要求7所述的装置，其中该PDP的开关装置为面板电容提供寻址电压。
10.如权利要求7所述的装置，进一步包括：
多个绝缘栅双极晶体管，与第一金属氧化物半导体场效应晶体管和第一绝缘栅双极晶体管并联。
11.如权利要求10所述的装置，进一步包括：
多个金属氧化物半导体场效应晶体管，与第一金属氧化物半导体场效应晶体管和第一绝缘栅双极晶体管并联。
12.如权利要求7所述的装置，其中该第一金属氧化物半导体场效应晶体管在第一电流区域中工作，以允许当PDP工作时有第一电流流过，并且
其中该第一绝缘栅双极晶体管在第二电流区域中工作，以允许当PDP工作时有第二电流流过。
13.一种用于驱动等离子体显示板的设备，其中由多个第一电极和多个第二电极形成放电空间，该设备包括：
第一开关，耦接在多个第一电极和提供第一电压的第一电源之间；以及
第二开关，耦接在多个第一电极和提供第二电压的第二电源之间，
其中第一开关和第二开关包括并联连接的至少两个绝缘栅双极晶体管，并且
其中第一电压在维持周期内施加维持电压，该维持电压是第一电压和第二电压之间的电压差。
14.如权利要求13所述的设备，其中该等离子体显示板进一步包括与多个第一电极和多个第二电极正交形成的多个第三电极，该设备还包括：
第三开关，耦接在多个第三电极和提供第三电压的第三电源之间，
其中该第三开关包括并联连接的至少两个绝缘栅双极晶体管，并且该第三电压在寻址周期中将寻址电压施加给所述多个第三电极。
15.一种用于驱动等离子体显示板的设备，其中由多个第一电极和多个第二电极形成放电空间，该设备包括：
第一开关，耦接在多个第一电极和提供第一电压的第一电源之间；
第二开关，耦接在多个第一电极和提供第二电压的第二电源之间，
其中所述第一开关和第二开关包括并联连接的金属氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管；以及
其中第一电压在维持周期内施加维持电压，该维持电压是第一电压和第二电压之间的电压差。
16.如权利要求15所述的设备，其中该等离子体显示板进一步包括与多个第一电极和多个第二电极正交形成的多个第三电极，该设备还包括：
第三开关，耦接在多个第三电极和提供第三电压的第三电源之间，
其中该第三开关包括并联连接的金属氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管，并且
其中该第三电压在寻址周期中将寻址电压施加给所述多个第三电极。
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