JP2004348139A - エネルギー回収回路及びその駆動方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】低い耐圧を有するスイチング素子を使ったエネルギー回収回路及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】エネルギー回収回路は、放電セルに等価的に形成されるパネルキャパシタと、パネルキャパシタの電圧を回収して充電されるとともに、充電された電圧をパネルキャパシタに再供給するためのソースキャパシタと、パネルキャパシターに放電維持電圧を供給するための基準電圧供給部と、ソースキャパシタとパネルキャパシタとの間に設置されるインダクターと、インダクターとソースキャパシタとの間に設置される第1スイッチと、インダクターと基準電圧供給部との間に設置される第2スイッチと、インダクターとソースキャパシタとの間に設置される第3スイッチと、インダクターと基底電位との間に連結される第4スイッチとを備え、基準電圧供給部は、所定の勾配をもって上昇される上昇パルス及び所定の電圧値を有する基準電圧のいずれかの一つを供給する。
【選択図】図4

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネルに関し、より詳細にはプラズマディスプレイパネルの駆動装置に使用されるエネルギー回収回路及びその駆動方法に関する。
プラズマディスプレイパネル(Plasma Display Panel :以下"PDP"と称する)は、He+Xe、Ne+Xe、又はHe+Ne+Xeなどの不活性混合ガスの放電時発生する147nmの紫外線によって蛍光体を発光させることによって、文字又はグラフィックを含む画像を表示するようになる。このようなPDPは、薄膜化と大型化が容易だけでなく最近の技術開発によって大きく向上した画質を提供する。特に、3電極交流面放電型PDPは、放電時表面に壁電荷が蓄積され、放電によって発生されるスパッタリングから電極を保護するため低電圧駆動と長寿命の長所を有する。
図1は、従来のプラズマディスプレイパネルの放電セルの構造を示す斜視図である。図1を参照すれば、3電極交流面放電型PDPの放電セルは、上部基板10上に形成された走査電極Y及び維持電極Zと、下部基板18上に形成されたアドレス電極Xとを備える。走査電極Yと維持電極Zの各々は、透明電極(12Y、12Z)と、透明電極(12Y、12Z)の線幅より小さな線幅を有して透明電極の一側端に形成される金属バス電極(13Y、13Z)とを含む。
透明電極(12Y、12Z)は、 通常、インジウム・ ティン・ オキサイド (Indium-Tin-Oxide : ITO)で上部基板10上に形成される。金属バス電極(13Y、13Z)は、 通常、クローム(Cr)などの金属で透明電極(12Y、12Z)上に形成され抵抗が高い透明電極(12Y、12Z)による電圧降下を減らす役割をする。走査電極Yと維持電極Zとが並んで形成された上部基板10には上部誘電体層14と保護膜16とが積層される。上部誘電体層14にはプラズマ放電時発生された壁電荷が蓄積される。保護膜16は、プラズマ放電時発生されたスパッタリングによる上部誘電体層14の損傷を防止するとともに2次電子の放出效率を高めるようになる。保護膜16としては、通常、酸化マグネシウム(MgO)が利用される。
アドレス電極Xが形成された下部基板18上には、下部誘電体層22と、隔壁24とが形成され、下部誘電体層22と隔壁24の表面には蛍光体層26が塗布される。アドレス電極Xは、走査電極Y及び維持電極Zと交差する方向に形成される。隔壁24は、ストライプ又は格子型に形成され、放電によって生成された紫外線及び可視光が隣接した放電セルに漏洩されることを防止する。蛍光体層26は、プラズマ放電時発生された紫外線によって励起され、赤色、緑色又は青色のいずれかの一つの可視光線を発生するようになる。上/下部基板(10、18)と隔壁24との間に設けられた放電空間には不活性混合ガスが注入される。
このような3電極交流面放電型PDPは多数本のサーブフィールドに分けて駆動され、各サーブフィールド期間にはビデオデータの加重値に比例する回数の発光が進行されることによって階調表示が行われるようになる。多数本のサーブフィールドは、再びリセット期間と、アドレス期間と、サステイン期間及び消去期間とに分割されて駆動される。
ここで、リセット期間は、放電セルに均一な壁電荷を形成する期間であり、アドレス期間は、ビデオデータの論理値によって選択的なアドレス放電が発生するような期間であり、サステイン期間は、前記アドレス放電が発生された放電セルで放電が維持されるような期間である。
このように駆動される交流面放電PDPのアドレス放電及びサステイン放電には、数百ボルト以上の高圧が必要になる。したがって、アドレス放電及びサステイン放電に必要な駆動電力を最小化するためにエネルギー回収回路が利用される。エネルギー回収回路は、走査電極Y及び維持電極Zの間の電圧を回収して次の放電時の駆動電圧として利用する。
図2は、サステイン放電電圧を回収するために走査電極Yに形成されたエネルギー回収回路を示す図面である。実際には、エネルギー回収回路は、パネルキャパシタCpを中心に維持電極Zにも対称に設置される。
図2を参照すれば、従来のエネルギー回収回路は、パネルキャパシタCpとソースキャパシタCsとの間に接続されたインダクターLと、ソースキャパシタCsとインダクターLとの間に並列に接続された第1及び第3スイッチ(S1、S3)と、第1及び第3スイッチ(S1、S3)とインダクターLとの間に設置されるダイオード(D5、D6)と、インダクターLとパネルキャパシタCpとの間に並列に接続された第2及び第4スイッチ(S2、S4)とを備える。
パネルキャパシタCpは、走査電極Yと維持電極Zとの間に形成される靜電容量を等価的に示したものである。第2スイッチS2は基準電圧源Vsに接続され、第4スイッチS4は基底電圧源GNDに接続される。ソースキャパシタCsは、サステイン放電時パネルキャパシタCpに充電される電圧を回収して充電するとともに、充電された電圧をパネルキャパシタCpに再供給する。
このため、ソースキャパシタCsは、基準電圧源Vsの半分値に該当するVs/2の電圧を充電することができる容量値を有する。インダクターLはパネルキャパシタCpとともに共振回路を形成する。第1〜第4スイッチ(S1〜S4)は電流の流れを制御する。第5及び第6ダイオード(D5、D6)は電流が逆方向に流れることを防止する。また、第1〜第4スイッチ(S1〜S4)に各々設置された内部ダイオード(D1〜D4)も逆電流が流れることを防止する。
図3は、図2に示されたスイッチのオン/オフのタイミングとパネルキャパシタの出力波形を示すタイミング図及び波形図である。
T1期間以前にパネルキャパシタCpには0Vの電圧が充電されるとともに、ソースキャパシタCsにはVs/2の電圧が充電されていると仮定して動作過程を詳細に説明する。
T1期間には、第1スイッチS1がターン-オンされソースキャパシタCsから第1スイッチS1、インダクターL及びパネルキャパシタCpにつながる電流パスが形成される。電流パスが形成されると、ソースキャパシタCsに充電されたVs/2の電圧はパネルキャパシタCpに供給される。このとき、インダクターLとパネルキャパシタCpが直列共振回路を形成するため、パネルキャパシタCpにはソースキャパシタCs電圧の2倍であるVs電圧が充電される。
T2期間には、第2スイッチS2がターン-オンされる。第2スイッチS2がターン-オンされると、基準電圧源Vsの電圧がパネルキャパシタCpに供給される。つまり、第2スイッチS2がターン-オンされると基準電圧源Vsの電圧値がパネルキャパシタCpに供給され、パネルキャパシタCpの電圧値が基準電圧源Vs以下に落ちることを防止して、これに従って安定的にサステイン放電が発生されるようになる。ここで、パネルキャパシタCpの電圧はT1期間にVsまで上昇したので、T2期間の間に外部から供給される電圧値が最小化されることができる(つまり、消費電力が節減されることができる)。
T3期間には、第1スイッチS1がターン-オフされる。このとき、パネルキャパシタCpは基準電圧源Vsの電圧を維持する。T4期間には第2スイッチS2がターン-オフされるとともに第3スイッチS3がターン-オンされる。第3スイッチS3がターン-オンされると、パネルキャパシタCpからインダクターL及び第3スイッチS3を通じてソースキャパシタCsにつながる電流パスが形成され、パネルキャパシタCpに充電された電圧がソースキャパシタCsに回収される。このとき、ソースキャパシタCsにはVs/2の電圧が充電される。
T5期間には、第3スイッチS3がターン-オフされるとともに第4スイッチS4がターン-オンされる。第4スイッチS4がターン-オンされると、パネルキャパシタCpと基底電圧源GNDの間の電流パスが形成されパネルキャパシタCpの電圧が0Vに降りる。T6期間には、T5の状態を一定時間の間に維持する。実際に、走査電極Y及び維持電極Zに供給される交流駆動パルスは、T1〜T6期間が周期的に繰り返されながら得られる。
しかし、このように駆動されるエネルギー回収回路では高い耐圧を有するスイチング素子S1〜S4が使われるため、製造費用が上昇する問題点がある。これを詳細に説明すれば、第1ノードn1には基準電圧源Vsからの電圧が印加されるため、第2スイッチS2及び第4スイッチS4は高い耐圧、すなわちVs以上の耐圧を持たなければならない。
一方、エネルギー回収回路が正常に動作するとき、第2ノードn2にはVsの電圧が供給される。そして、ソースキャパシタCsにはVs/2の電圧が充電される。従って、エネルギー回収回路が正常に動作するとき、第3スイッチS3は第2ノードn2に印加される電圧からソースキャパシタCsに充電された電圧を減らした電圧値Vs/2に該当する耐圧のみを要する。しかし、エネルギー回収回路の初期動作時にソースキャパシタCsに電圧が充電されていないため、つまり、ソースキャパシタCsの電位がおおよそ0Vに設定されるため第3スイッチS3の耐圧はVs以上に設定されなければならない。実際、ソースキャパシタCsにVs/2の電圧が充電されるためには図3に示されたT1〜T6の過程を多数繰り返さなければならないし、この過程の間第3スイッチS3の両端に印加される電圧値はVsからVs/2に徐々に低くなるため、第3スイッチS3の耐圧はおおよそVsに設定される。
一方、第1スイッチS1はソースキャパシタCsの電圧がインダクターLに供給される時にだけ利用され、このとき、第1スイッチS1の両端の電圧差はVs/2に設定される。従って、第1スイッチS1はエネルギー回収回路が正常に動作するときのVs/2の耐圧のみを要する。しかし、第2ノードn2に基底電位が印加されるとき、第2ノードn2はインダクターL及び第4スイッチS4を経由して基底電圧源GNDに接続される。このとき、ピーキング現象によって第2ノードn2の電圧が基底電圧源GNDより低い電位に落ちるようになる。従って、従来には第1スイッチS1の耐圧をおおよそVsに設定して第1スイッチS1が破損されることを防止した。つまり、従来のエネルギー回収回路に使われる第1〜第4スイッチ(S1〜S4)は全部Vs以上の耐圧を有するように設計され、これによって製造費用が増加される問題点がある。
本発明の目的は、低い耐圧を有するスイチング素子を使って製造費用を節減するようなエネルギー回収回路及びその駆動方法を提供することにある。
前記目的を成すため、本発明によるエネルギー回収回路は、放電セルに等価的に形成されるパネルキャパシタと、前記パネルキャパシタの電圧を回収して充電されるとともに充電された電圧を前記パネルキャパシタに再供給するためのソースキャパシタと、前記パネルキャパシターに放電維持電圧を供給するための基準電圧供給部と、前記ソースキャパシタと前記パネルキャパシタとの間に設置されるインダクターと、前記パネルキャパシタの充電経路を形成するために、前記インダクターと前記ソースキャパシタとの間に設置される第1スイッチと、前記パネルキャパシターの放電維持経路を形成するために、前記インダクターと前記基準電圧供給部との間に設置される第2スイッチと、前記パネルキャパシタの放電経路を形成するために、前記インダクターと前記ソースキャパシタとの間に設置される第3スイッチと、前記パネルキャパシターの基底電位維持経路を形成するために、前記インダクターと基底電位との間に連結される第4スイッチとを備え、前記基準電圧供給部は、前記インダクターに接続されるように設置され所定の勾配をもって上昇される上昇パルス及び所定の電圧値を有する基準電圧のいずれかの一つを供給することを特徴とする。
基準電圧供給部は、パネルキャパシタ及びソースキャパシタともに電圧が充電されていない初期期間に上昇パルスを供給して、その他の期間には基準電圧を供給する。
前記上昇パルスは所定の勾配をもって基準電圧まで上昇される。
前記上昇パルスが供給されるとき、ソースキャパシタには一定の勾配をもって徐々に増加される電圧が充電される。
前記ソースキャパシタに充電される電圧は、基準電圧の略半分に該当する電圧が充電されるまで増加される。
前記上昇パルスが供給される時第1スイッチの両端には、上昇パルスの電圧値とソースキャパシタに充電された電圧差に該当する電圧が印加され、この両端の電圧は基準電圧の略半分に該当する電圧より低く設定される。
前記上昇パルスが基準電圧まで上昇される時間は20ms〜1sの間で設定される。
前記第1スイッチとインダクターとの共通端子と、基準電圧供給部の間に設置され、共通端子に印加されることができる電圧を基準電圧以下に制限するための第7ダイオードと、共通端子及び基底電圧源の間に設置され、共通端子に印加されることができる電圧を基底電位以上に制限するための第8ダイオードを追加に備える。
本発明のエネルギー回収回路の駆動方法は、エネルギー回収回路の初期動作時に所定の勾配をもって上昇される上昇パルスを供給する段階と、上昇パルスによってソースキャパシタに上昇パルスの電圧値より低い電圧値が徐々に充電される段階とを含む。
前記上昇パルスは基準電圧まで上昇され、上昇パルスが基準電圧まで上昇されたとき、ソースキャパシタには基準電圧の略半分に該当する電圧が充電される。
前記上昇パルスの勾配は、上昇パルスの電圧値からソースキャパシタに充電された電圧を減らした電圧値が基準電圧の半分に該当する電圧以下に維持されるように設定される。 前記上昇パルスが基準電圧まで上昇される時間は20ms〜1sの間に設定される。
前記目的以外に本発明の他の目的及び特徴は、添付図面を参照した実施形態に対する説明を通じて明らかにする。
上述したように、本発明によるエネルギー回収回路及びその駆動方法によれば、エネルギー回収回路の初期動作時に基準電圧まで徐々に上昇する電圧を供給するため、スイッチの耐圧を低めることができ、これに従って製造費用を節減することができる。そして、本発明では、インダクターの一側端子の電圧範囲が基底電位と基準電圧の間で制限されるため、スイッチの耐圧を低めることができ、これによって製造費用を節減することができる。
以下、図4から図7を参照して本発明の望ましい実施形態に対して説明する。
図4は、本発明の実施形態によるエネルギー回収回路を示す図面である。図4は、走査電極Yに形成されたエネルギー回収回路を示図面である。また、エネルギー回収回路は、パネルキャパシタCpを中心に維持電極Zにも対称に配置される。
図4を参照すれば、本発明の実施形態によるエネルギー回収回路は、パネルキャパシタCpとソースキャパシタCsとの間に接続されたインダクターLと、ソースキャパシタCsとインダクターLとの間に並列に接続された第1及び第3スイッチ(S1、S3)と、第1及び第3スイッチ(S1、S3)とインダクターLとの間に設置されるダイオード(D5、D6)と、インダクターLとパネルキャパシタCpとの間に並列に接続された第2及び第4スイッチ(S2、S4)と、第2スイッチS2に接続される基準電圧供給部30とを備える。
パネルキャパシタCpは、走査電極Yと維持電極Zとの間に形成される静電容量を等価的に示したものである。第2スイッチS2は基準電圧供給部30に接続され、第4スイッチS4は基底電圧源GND(基底電位)に接続される。ソースキャパシタCsは、サステイン放電時パネルキャパシタCpに充電される電圧を回収して充電するとともに充電された電圧をパネルキャパシタCpに再供給する。
このような本発明の実施形態による第1〜第4スイッチ(S1〜S4)の動作タイミングは、図3に示された本発明の従来技術と同様であるため、詳細な説明は略する。
基準電圧供給部30は、エネルギー回収回路が正常に動作されるとき、基準電圧Vsの電圧値を第2スイッチS2に供給する。そして、基準電圧供給部30は、エネルギー回収回路の初期動作時に、図5のように、第2スイッチS2にVs電圧まで所定の勾配をもって上昇される電圧を供給する。
これを詳細に説明すれば、エネルギー回収回路の初期動作時(ソースキャパシタCsには0Vの電圧が充電)に基準電圧供給部30は、所定の勾配をもってVsの電圧まで徐々に上昇される電圧を第2スイッチS2に供給する。このとき、基準電圧供給部30から供給される電圧は第2ノードn2に供給され、これによってソースキャパシタCsにはVs/2まで徐々に上昇される電圧が充電される。そして、本発明では、第2ノードn2に印加される電圧値とソースキャパシタCsに充電される電圧値との電圧差ΔVがVs/2以下に設定されるように、基準電圧供給部30から供給される電圧の勾配を設定する。従って、本発明の実施形態では、第3スイッチS3の耐圧をおおよそVs/2に維持することができる。
実際、図6のようなシミュレーションの結果に示したように、基準電圧供給部30から供給される電圧値をVsまで徐々に上昇させる場合、第3スイッチS3の両端の電圧差をおおよそVs/2以下に維持することができる(ここでエネルギー回収回路は正常に動作されている)。従って、本発明では、第3スイッチS3の耐圧を従来より低めることができるし、これによって製造費用を節減することができる。一方、本発明において基準電圧供給部30から供給される電圧値がVsまで上昇される時間は20ms〜1sの間で設定されるようになる。
また、本発明では、図7のように、基準電圧供給部30と第2ノードn2の間に接続される第7ダイオードD7及び基底電圧源GNDと第2ノードn2との間に接続される第8ダイオードD8を追加に備えても良い。
第7ダイオードD7は第2ノードn2の電圧が基準電圧Vsより高いときターン-オンされる。つまり、第7ダイオードD7は、第2ノードn2に基準電圧Vs以上の電圧が供給されるときターン-オンされ、第2ノードn2の電圧値が基準電圧Vs以上に上昇されることを防止する。
第8ダイオードD8は、第2ノードn2の電圧が基底電圧GNDより低いときターン-オンされる。つまり、第8ダイオードD8は第2ノードn2に基底電圧GNDより低い電圧が供給されるときターン-オンされ、第2ノードn2の電圧値が基底電圧GNDより低い電圧に下降されることを防止する。従って、第2ノードn2の電圧値は、常に、基準電圧Vsと基底電圧GNDとの間に含まれるようになる。
このように第2ノードn2の電圧値が基準電圧Vsと基底電圧GNDとの間に位置すると、おおよそVs/2の耐圧を有するスイッチを第1スイッチS1で利用することができる。これを詳細に説明すれば、第1スイッチS1の両端の電圧値はソースキャパシタCsと第2ノードn2によって決定される。ここで、第1スイッチS1はソースキャパシタCsの電圧がインダクターLに供給されるときにだけ利用され、このとき、第1スイッチS1の両端の電圧差はVs/2に設定される。しかし、従来には、第2ノードn2の電圧値が基底電位GNDより低い電圧に下降されるため第1スイッチS1が高い耐圧を持たなければならなかった。しかし、本発明では、第2ノードn2の基底電位GNDより低い電圧に下降されないので、第1スイッチS1の耐圧を低めることができるし、これによって製造費用が節減されることができる。
従来の3電極交流面放電型プラズマディスプレイパネルの放電セル構造を示す斜視図。 従来のエネルギー回収回路を示す図。 図2に示されたエネルギー回収回路の動作過程を示すタイミング図。 本発明の実施形態によるエネルギー回収回路を示す図。 図4に示された第3スイッチの両端に印加される電圧を示す波形図。 図4に示された第3スイッチの両端に印加される電圧を示す波形図。 本発明の他の実施形態によるエネルギー回収回路を示す図。
符号の説明
10 上部基板
14 上部誘電体層
16 保護膜
18 下部基板
22 下部誘電体層
24 隔壁
26 蛍光体層
30 基準電圧供給部
X アドレス電極
Y 走査電極
Z 維持電極

Claims (12)

  1. 放電セルに等価的に形成されるパネルキャパシタと、
    前記パネルキャパシタの電圧を回収して充電されるとともに充電された電圧を前記パネルキャパシタに再供給するためのソースキャパシタと、
    前記パネルキャパシターに放電維持電圧を供給するための基準電圧供給部と、
    前記ソースキャパシタと前記パネルキャパシタとの間に設置されるインダクターと、
    前記パネルキャパシタの充電経路を形成するために、前記インダクターと前記ソースキャパシタとの間に設置される第1スイッチと、
    前記パネルキャパシターの放電維持経路を形成するために、前記インダクターと前記基準電圧供給部との間に設置される第2スイッチと、
    前記パネルキャパシタの放電経路を形成するために、前記インダクターと前記ソースキャパシタとの間に設置される第3スイッチと、
    前記パネルキャパシターの基底電位維持経路を形成するために、前記インダクターと基底電位との間に連結される第4スイッチとを備えるエネルギー回収回路において、
    前記基準電圧供給部は、前記インダクターに接続されるように設置され、所定の勾配をもって上昇される上昇パルス及び所定の電圧値を有する基準電圧のいずれかの一つを供給することを特徴とする、エネルギー回収回路。
  2. 基準電圧供給部は、前記パネルキャパシタ及び前記ソースキャパシタともに電圧が充電されていない初期期間に前記上昇パルスを供給し、その他の期間には前記基準電圧を供給することを特徴とする、請求項1に記載のエネルギー回収回路。
  3. 前記上昇パルスは、前記所定の勾配をもって前記基準電圧まで上昇されることを特徴とする、請求項1又は2に記載のエネルギー回収回路。
  4. 前記上昇パルスが供給されるとき、前記ソースキャパシタには一定の勾配をもって徐々に増加される電圧が充電されることを特徴とする、請求項1乃至3の何れかに記載のエネルギー回収回路。
  5. 前記ソースキャパシタに充電される電圧は、前記基準電圧の略半分に該当する電圧が充電されるまで増加されることを特徴とする、請求項4に記載のエネルギー回収回路。
  6. 前記上昇パルスが供給されるとき、前記第1スイッチの両端には、前記上昇パルスの電圧値と前記ソースキャパシタに充電された電圧差に該当する電圧が印加され、この両端の電圧は前記基準電圧の略半分に該当する電圧より低く設定されることを特徴とする、請求項4又は5に記載のエネルギー回収回路。
  7. 前記上昇パルスが前記基準電圧まで上昇される時間は、20ms〜1sの間で設定されることを特徴とする、請求項1乃至6の何れかに記載のエネルギー回収回路。
  8. 前記第1スイッチと前記インダクターとの共通端子と、前記基準電圧供給部との間に設置され、前記共通端子に印加されることができる電圧を前記基準電圧以下に制限するための第7ダイオードと、
    前記共通端子及び基底電圧源の間に設置され、前記共通端子に印加されることができる電圧を前記基底電位以上に制限するための第8ダイオードと、
    をさらに備えることを特徴とする、請求項1乃至7の何れかに記載のエネルギー回収回路。
  9. エネルギー回収回路の初期動作時に所定の勾配をもって上昇される上昇パルスを供給する段階と、
    前記上昇パルスによってソースキャパシタに前記上昇パルスの電圧値より低い電圧値が徐々に充電される段階とを含むことを特徴とする、エネルギー回収回路の駆動方法。
  10. 前記上昇パルスは基準電圧まで上昇され、前記上昇パルスが基準電圧まで上昇されたとき、前記ソースキャパシタには前記基準電圧の略半分に該当する電圧が充電されることを特徴とする、請求項9に記載のエネルギー回収回路の駆動方法。
  11. 前記上昇パルスの勾配は、前記上昇パルスの電圧値から前記ソースキャパシタに充電された電圧を減らした電圧値が前記基準電圧の半分に該当する電圧以下に維持されることができるように設定されることを特徴とする、請求項9又は10に記載のエネルギー回収回路の駆動方法。
  12. 前記上昇パルスが前記基準電圧まで上昇される時間は、20ms〜1sの間で設定されることを特徴とする、請求項10又は11に記載のエネルギー回収回路の駆動方法。
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