KR100283068B1 - 디스플레이용 이엘 시트 전용주파수 인버터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스플레이용 이엘 시트 전용주파수 인버터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 액정 디스플레이의 백 라이트용으로 사용되는 EL시트의 부하 특성인 콘덴서 부하의 순간 대전류를 반도체 소자로 제어할 수 있어 광고 사인물에 대형 EL시트를 사용할 수 있도록 하는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터에 관한 것으로, 일반 상용전원을 정류하여 양전원인 +Vpp전원과 음전원인 -Vpp전원을 만드는 평활 회로와, 출력측 트랜지스터를 교대로 ON/OFF하여 부하에 +Vpp와 -Vpp를 번갈아 공급함으로써 극성 반전을 이루는 인버터 회로와, 인버터 회로를 제어하는 제어 회로와, 부하로 구성되는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터에 있어서: 상기 부하의 전단에 부하의 과전류를 방지하는 과전류 방지 회로와, 콜렉터 접지 방식에서 트랜지스터를 완전히 포화되도록 하는 어프 그라운드 드라이브 회로와, 트랜지스터를 보호하는 전류 제한 회로가 더 구비되고, 각각 절연된 DC 3전원을 상기 각 회로에 공급하는 제어 회로 전원부가 일반 상용 전원 후단에 연결됨을 특징으로 하는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터를 제공하여, 일반 상용의 부품으로도 회로 구성이 가능하고 출력단의 최대 허용 전류 제한 회로를 마련하여 출력단을 보호하며 트랜지스터가 ON 상태일 때 충분히 포화 상태가 되도록 하여 에미터 팔로우 방식이 되는 트랜지스터의 발열을 최소화할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Description

디스플레이용 이엘 시트 전용주파수 인버터
본 발명은 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 액정 디스플레이의 백 라이트용(Back Light)으로 사용되는 EL(Electro Luminescene)시트의 부하 특성인 콘덴서 부하의 순간 대전류를 반도체 소자로 제어할 수 있어 광고 사인(Sign)물에 대형 EL시트를 사용할 수 있도록 하는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터에 관한 것이다.
액정 디스플레이의 백 라이트용으로 사용되던 EL시트가 최근에는 더욱 밝고 대형화하여 광고 사인물의 신소재로 부각되고 있다.
이러한 EL시트는 설치비 및 전력비가 적게 소모되어 저에너지 차원에서 국가적으로 장려되어질 경우 향후 광고 사인물의 기본 소재로 각광을 받게 될 것이다.
이에 따른 적합한 구동 즉 인버터가 필수적이지만 아직 까지는 EL 자체의 특성인 콘덴서 부하 때문에 일반 반도체 소자로는 대형의 EL(A2 사이즈정도)을 ON시킬 수 없어 소형 사이즈의 백 라이트용 인버터가 고작이었다.
이와 같은 경우 수-수십mA 정도의 출력에도 400V 25A급의 대형 FET를 사용하였으며, 일반 산업용 EL시트에는 적용치 못하고 일부 국가에서 소형 발전기를 개발해 발광시킬 정도였다.
종래 인버터를 첨부된 도면 도 1a 내지 도 4를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 1a 및 도 1b는 종래 인버터의 기본 구성도 및 회로도, 도 2a는 4채널 극성 반전형, 도 2b는 2채널 극성 반전형 인버터 동작 블록 다이어그램, 도 3은 EL 부하의 전압 전류 특성도, 도 4는 A채널 등가 회로도이다.
평활 회로(10)는 다이오드(D1,D2) 및 콘덴서(C1,C2)로 구성되어 일반 상용전원을 정류하여 양전원인 +Vpp전원과 음전원인 -Vpp전원을 만든다.
인버터 회로(20)는 펄스 제너레이터(50)와 트랜지스터(Q1,Q2)로 구성되어 펄스 제너레이터(50)에서 출력측 트랜지스터(Q1,Q2)를 교대로 ON/OFF하여 부하(40)에 +Vpp와 -Vpp를 번갈아 공급함으로써 극성 반전을 이루는 회로이다.
그런데 종래 인버터는 2Kw 이하의 중소 전력용에만 사용되므로 출력단의 간소화 및 원가 절감 차원에서 도 2b 방식을 채택하여 사용하였다.
상기 펄스 제너레이터(50)는 PAM, PWM 두 가지 방식이 사용되며 본 발명에서는 PWM 방식을 사용하는 것을 예를 들어 설명한다.
이러한 종래의 회로는 도 1b와 같은 회로에서 부하(40)가 콘덴서일 경우 트랜지스터(Q1,Q2)의 베이스가 트리거(Trigger)되는 순간 트랜지스터(Q1,Q2)의 콜렉터 전류는 도 3처럼 순간 수백 암페어(A)(이론적으로 무한대임)이상 흐르게 되어 출력단의 트랜지스터(Q1,Q2)가 파괴되는 문제점이 있었다.
트랜지스터(Q1)의 출력단을 A채널이라 하고 트랜지스터(Q2)의 출력단을 B채널이라 하였을 때, A채널의 등가 회로인 도 4는 에미터 팔로우(컬렉터 접지) 방식이므로 트랜지스터(Q5)가 ON 상태가 되면 베이스의 전위도 낮아지므로 콜렉터-에미터가 충분히 포화(Saturation) 상태가 되지 못하여 Vce(sat)=0이 되지 못한다.
그러므로 Pw = Ic x Vce(sat)가 커져 트랜지스터(Q5)의 전력 손실이 커지면서 트랜지스터(Q5)가 대단히 발열하게 되고 결국 트랜지스터(Q5)는 파괴되는 문제점이 있었다.
또한 부하(40)가 100% 콘덴서 부하이므로, 부하 변동율이 극심하여 출력단 트랜지스터(Q1,Q2)에 흐르는 전류 변화 또한 극심하게 되고 출력 전압이 크게 변동한다.
이는 상기 평활 회로(10)에도 크게 영향을 미치므로, 전원의 레귤레이션(Regulation)을 좋게 하려면 평활 회로(10)를 정도이상 큰 용량으로 설계해야만 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래 기술의 인버터가 콘덴서 부하에는 적합하지 못하므로 회로적으로 큰 폭의 부하 변동율을 개선하여 일반 상용의 부품으로도 회로 구성이 가능하고 출력단의 최대 허용 전류 제한 회로를 마련하여 출력단을 보호하며 트랜지스터가 ON 상태일 때 충분히 포화 상태가 되도록 하여 에미터 팔로우 방식이 되는 트랜지스터의 발열을 최소화할 수 있는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일반 상용전원을 정류하여 양전원인 +Vpp전원과 음전원인 -Vpp전원을 만드는 평활 회로와, 출력측 트랜지스터를 교대로 ON/OFF하여 부하에 +Vpp와 -Vpp를 번갈아 공급함으로써 극성 반전을 이루는 인버터 회로와, 인버터 회로를 제어하는 제어 회로와, 부하로 구성되는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터에 있어서: 상기 부하의 전단에 부하의 과전류를 방지하는 과전류 방지 회로와, 콜렉터 접지 방식에서 트랜지스터를 완전히 포화되도록 하는 어프 그라운드 드라이브 회로와, 트랜지스터를 보호하는 전류 제한 회로가 더 구비되고, 각각 절연된 DC 3전원을 상기 각 회로에 공급하는 제어 회로 전원부가 일반 상용 전원 후단에 연결됨을 특징으로 하는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터를 제공하고자 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래 인버터의 기본 구성도 및 회로도,
도 2a는 4채널 극성 반전형, 도 2b는 2채널 극성 반전형 인버터 동작 블록 다이어그램,
도 3은 EL 부하의 전압 전류 특성도,
도 4는 A채널 등가 회로도,
도 5는 본 발명에 따른 인버터의 블록 다이어그램,
도 6은 도 5에서 과전류 방지회로도,
도 7은 도6의 전압 전류 특성도,
도 8은 도 5의 전류 제한 회로도,
도 9는 도 5의 오프 그라운드 드라이브 회로도,
도 10은 본 발명에 따른 파형도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1: 메인 전원부, 2: 제어 회로 전원부, 10: 평활 회로, 20: 인버터 회로, 30: 제어 회로, 32: PWM 제어부, 40: 부하, 50; 펄스 제너레이터, 60: 어프 그라운드 드라이브 회로, 70: 전류 제한 회로, 80; 과전류 방지 회로, R1,R2,…R7,RE: 저항, Q1,… Q7: 트랜지스터, D1,D2,D3: 다이오드, L1,L2,L3: 코일, U1,U2; 포토 커플러.
이하 본 발명을 첨부된 도 5 내지 도 10을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 인버터의 블록 다이어그램, 도 6은 도 5에서 과전류 방지회로도, 도 7은 도6의 전압 전류 특성도, 도 8은 도 5의 전류 제한 회로도, 도 9는 도 5의 오프 그라운드 드라이브 회로도, 도 10은 본 발명에 따른 파형도이다.
먼저 본 발명의 기본적인 구성을 살펴보면, 일반 상용전원을 정류하여 양전원인 +Vpp전원과 음전원인 -Vpp전원을 만드는 평활 회로(10)와, 출력측 트랜지스터(Q1,Q2)를 교대로 ON/OFF하여 부하(40)에 +Vpp와 -Vpp를 번갈아 공급함으로써 극성 반전을 이루는 인버터 회로(20)와, 인버터 회로(20)를 제어하는 제어 회로(30)와, 부하(40)로 구성되는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터에 있어서:
상기 부하(40)의 전단에 부하(40)의 과전류를 방지하는 과전류 방지 회로(80)와, 콜렉터 접지 방식에서 트랜지스터(Q1)를 완전히 포화되도록 하는 어프 그라운드 드라이브 회로(60)와, 트랜지스터(Q1,Q2)를 보호하는 전류 제한 회로(70)가 더 구비되고, 각각 절연된 DC 3전원을 상기 각 회로에 공급하는 제어 회로 전원부(2)가 일반 상용 전원 후단에 연결됨을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 각각의 회로에 대해서 상세히 설명하면, 먼저 부하(40) 전단에 연결되는 과전류 방지 회로(80)는 트랜지스터(Q1)의 에미터와 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 사이에 직렬 연결된 코일(L2,L3)과 상기 코일(L2,L3) 사이에서 분기된 코일(L1)로 구성되며 트랜지스터(Q1)이 ON되었을 때, 초기 순간 대전류를 억제하여 도 7과 같이 완만한 곡선으로 출력 전류를 증가토록 한다.
순간 대전류를 방지하기 위하여 출력측에 코일(L1,L2,L3)을 더 구비하였다 하더라도 전류의 상승은 기하급수적으로 증가하므로 트랜지스터(Q1,Q2)의 최대 허용 전류보다 증가하게 되면 역시 트랜지스터(Q1,Q2)는 파괴되고 말 것이다.
트랜지스터(Q1,Q2)를 보호하는 전류 제한 회로(70)는 트랜지스터(Q1 또는 Q2)의 에미터에 연결되는 저항(RE)과, 트랜지스터(Q1 또는 Q2)의 베이스에는 컬렉터가 에미터에는 저항(R1)을 통해 베이스가 연결되고 에미터에는 상기 저항(RE)을 통해 에미터가 연결되는 트랜지스터(Q3)와, 상기 트랜지스터(Q3)의 에미터와 베이스 사이에 연결되는 저항(R2)으로 구성된다.
도 8은 트랜지스터(Q1,Q2)의 에미터에 전류 센싱(Sensing) 회로를 삽입한 회로로 에미터 저항(RE) 양단에는 에미터 전류에 상응하는 전압 VE가 발생하고 VE = IE x RE가 된다.
R2/(R1+R2)로 분할된 전압이 트랜지스터(Q3)의 베이스 트리거(Trigger) 전압보다 높을 때, 트랜지스터(Q3)는 턴 온(Turn On)되고 트랜지스터(Q1,Q2)는 턴 어프(Turn Off)된다.
여기에서 에미터 저항(RE)과 디바이드 저항(R1,R2)을 트랜지스터(Q1,Q2)의 최대 허용 전류 이하 값으로 설정한다면 순간 대전류에 의해 트랜지스터(Q1,Q2)가 파괴되는 것을 막을 수 있는 것이다.
지금까지 전자 회로에서는 그라운드(0전위)를 대단히 중요시하며, 그라운드를 기준으로 시그널 운영을 가장 기본으로 여겨 왔다.
그러나 종래의 기술에서 전술한 바와 같이 콘덴서 부하에 있어서 에미터 팔로우인 콜렉터 접지 방식일 경우 트랜지스터는 완전한 포화 상태가 되지 못하고 결국 파손되고 만다.
따라서 트랜지스터(Q4)와 다이오드(D3)와 저항(R6)으로 구성되어, 트랜지스터(Q1)의 베이스 드라이브단에 공급되는 전원(+VA)을 트랜지스터(Q1)에 공급되는 전원(+Vpp)과 완전히 분리하여 트랜지스터(Q1)의 에미터를 기준으로 공급하는 어프 그라운드 드라이브 회로(60)를 상기 전류 제한 회로(70) 전단에 연결하여 구성하면, 트랜지스터(Q1)가 ON상태가 되어도 트랜지스터(Q1)의 베이스 전위가 안정된 전위가 유지되므로 트랜지스터(Q1)는 계속해서 완전한 포화(Saturation) 상태가 될 수 있는 것이다.
미설명 부호 1은 메인 전원부, 32는 PWM 제어부, U1,U2는 포토 커플러이다.
이와 같이 회로를 구성하면 도 10처럼 순간 대전류를 12A(A2 사이즈 기준)로 크게 개선하여 일반 상용 전자부품으로도 EL시트용 인버터가 가능한 것이다.
본 발명에 따르면 400V 25A FET를 사용하여 A2 사이즈 6장 정도의 EL시트를 ON시킬 수 있고 이를 활용하면 A2 사이즈 수 백장 정도의 EL시트를 일시에 ON시킬 수 있는 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 종래 기술의 인버터가 콘덴서 부하에는 적합하지 못하므로 회로적으로 큰 폭의 부하 변동율을 개선하여 일반 상용의 부품으로도 회로 구성이 가능하고 출력단의 최대 허용 전류 제한 회로를 마련하여 출력단을 보호하며 트랜지스터가 ON 상태일 때 충분히 포화 상태가 되도록 하여 에미터 팔로우 방식이 되는 트랜지스터의 발열을 최소화할 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims (5)

  1. 일반 상용전원을 정류하여 양전원인 +Vpp전원과 음전원인 -Vpp전원을 만드는 평활 회로(10)와, 출력측 트랜지스터(Q1,Q2)를 교대로 ON/OFF하여 부하(40)에 +Vpp와 -Vpp를 번갈아 공급함으로써 극성 반전을 이루는 인버터 회로(20)와, 인버터 회로(20)를 제어하는 제어 회로(30)와, 부하(40)로 구성되는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터에 있어서:
    상기 부하(40)의 전단에 부하(40)의 과전류를 방지하는 과전류 방지 회로(80)와, 콜렉터 접지 방식에서 트랜지스터(Q1)를 완전히 포화되도록 하는 어프 그라운드 드라이브 회로(60)와, 트랜지스터(Q1,Q2)를 보호하는 전류 제한 회로(70)가 더 구비되고, 각각 절연된 DC 3전원을 상기 각 회로에 공급하는 제어 회로 전원부(2)가 일반 상용 전원 후단에 연결됨을 특징으로 하는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 과전류 방지 회로(80)는 트랜지스터(Q1)의 에미터와 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 사이에 직렬 연결된 코일(L2,L3)과 상기 코일(L2,L3) 사이에서 분기된 코일(L1)로 구성됨을 특징으로 하는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 제한 회로(70)는 트랜지스터(Q1 또는 Q2)의 에미터에 연결되는 저항(RE)과, 트랜지스터(Q1 또는 Q2)의 베이스에는 컬렉터가 에미터에는 저항(R1)을 통해 베이스가 연결되고 에미터에는 상기 저항(RE)을 통해 에미터가 연결되는 트랜지스터(Q3)와, 상기 트랜지스터(Q3)의 에미터와 베이스 사이에 연결되는 저항(R2)으로 구성됨을 특징으로 하는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 제한 회로(70)는 트랜지스터(Q4)와 다이오드(D3)와 저항(R6)으로 구성되어, 트랜지스터(Q1)의 베이스 드라이브단에 공급되는 전원(+VA)을 트랜지스터(Q1)에 공급되는 전원(+Vpp)과 분리하여 트랜지스터(Q1)의 에미터를 기준으로 공급함을 특징으로 하는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 에미터 저항(RE)치와 디바이드 저항(R1,R2)치가 트랜지스터(Q1,Q2)의 최대 허용 전류 이하 값인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 EL시트 전용주파수 인버터.
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