KR100296007B1 - 압전 트랜스포머의 구동 방법 및 그 구동 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 압전 트랜스포머 구동 회로는 냉음극 형광관 등의 부하를 가진 압전 트랜스포머를 구동시키는데 적합하고, 광범위한 전원 전압과 동작에 높은 효율성을 갖고 잘 대처할 수 있다. 이러한 구동 회로는 압전 트랜스포머의 등가 입력 용량과 인덕턴스 회로로 구성되며 전원 단자들 사이에 제공되는 직렬 회로와, 그의 주 전류 경로의 양 단자들이 상기 등가 입력 용량을 포함하는 상기 직렬 회로의 일부에 병렬로 접속되는 스위칭 트랜지스터를 포함한다. 이 인덕턴스 회로는 자동 트랜스포머 등의 승압 구성의 제1 인덕턴스 소자와 코일 등의 비승압 구성의 제2 인덕턴스 소자를 포함한다. 이 제1 및 제2 인덕턴스 소자는 교대로 선택될 수 있다. 본원 발명의 구동 회로는 스위칭 트랜지스터의 주 전류 경로의 단자들 간의 구동 파형의 진폭을 검출하는 진폭 검출 회로와 상기 진폭이 소정의 임계값 이하일 때에 제1 인덕턴스 소자를 선택하고, 진폭이 소정의 임계값을 초과할 때에 상기 제2 인덕턴스 소자를 선택하기 위한 인덕턴스 선택 회로를 더 구비한다.

Description

압전 트랜스포머의 구동 방법 및 그 구동 회로 {DRIVING METHOD OF PIEZOELECRIC TRANSFORMER AND DRIVING CIRCUIT FOR THE SAME}
본 발명은 압전 트랜스포머의 구동 방법과 압전 트랜스포머용 구동 회로에 관한 것으로, 특히 압전 트랜스포머를 고 효율로 구동하고 광범위한 전원 전압에 대처할 수 있는 압전 트랜스포머의 구동 방법과, 압전 트랜스포머를 고 효율로 구동하고 광범위한 전원 전압에서 동작가능한 압전 트랜스포머용 구동 회로에 관한 것이다. 본 발명의 구동 방법과 구동 회로는 예를 들면, 냉음극 형광관이 부하로 동작하는 압전 트랜스포머를 구동하는데 적합하게 사용된다.
압전 트랜스포머는 압전 효과를 이용한 기계적 진동을 발생하여 그로 부터 전압을 추출하는 기계-전기 변환 소자이다. 압전 트랜스포머는 전자 트랜스포머와 비교해서 높은 변환 효율을 가지며 소형화하여 제조가능하기 때문에, 일반적으로 인버터 및 컬러 액정 디스플레이 패널(컬러 LCD 패널)의 배면광(back light)을 구동하기 위한 DC-DC 변환기를 구성하는 소자로서 사용된다. 냉음극 형광관은, 통상적으로 냉음극관을 구동하는데 필요한 높은 AC 전압이나 DC 전압을 취할 수 있도록 LCD 패널의 배면광을 얻기 위해 사용되며, 인버터 또는 압전 트랜스포머가 설비된 DC-DC 변환기가 사용되고 있다.
최근에는, 컬러 LCD 패널로 노트북형 개인용 컴퓨터(PC)뿐만 아니라 개인 휴대 이동 단말기(personal digital assistance; PDAs) 및 차량 항법 시스템의 모니터에 폭넓게 사용되고 있다. 노트북형 PC, PDA, 및 차량 항법 시스템의 모니터가 사용될 때는, AC 전원 전압 어댑터와 배터리에 대처할 수 있도록 인버터 및 LCD 패널의 변환기가 높은 변환 효율과 광범위한 전압의 동작 성능을 요구한다.
압전 트랜스포머를 구동하기 위한 회로로서, 일본 특개평 제 8-275553호 (JP, 08275553, A)와 일본 특개평 제 9-23643호 (JP, 0902343, A)는 비교적 낮은 DC 전원 전압을 높은 AC 전압으로 변환하기 위한 인버터 또는 낮은 DC 전원 전압을 높은 DC 전압으로 변환하기 위한 DC-DC 변환기를 개시하고 있다.
도 1은 JP, 08275553, A에 개시된 압전 트랜스포머 구동 회로를 도시한다. 이 구동 회로는 1차측 전극(511 및 512) 및 한쌍의 2차측 전극(513)를 가진 압전 트랜스포머(51); 1차측 전극(511 및 512)에 각각 접속된 자동 트랜스포머(55 및56); 스위칭 트랜지스터(58 및 59)을 서로 상보적으로 구동하기 위한 2위상 구동 회로(57); 및 부하 전류(I0)의 진폭 피크치가 변화되지 않게 위한 주파수 제어 회로(53)을 포함한다. 부하(52)는 압전 트랜스포머(51)의 2차 전극(513)에 접속된다.
보다 구체적으로는, 압전 효과를 이용한 1차측 회로로부터 입력된 AC 전압을 승압하고 상기 승압된 AC 전압을 2차측 회로로 출력하는 압전 트랜스포머(51)에서, 제1 자동 트랜스포머(55)의 2차측 출력 단자가 1차측 전극(511)에 접속되고, 제1 자동 트랜스포머(55)의 중간 탭이 제1 스위칭 트랜지스터(58)의 한 출력 단자(581)에 접속된다. 제1 자동 트랜스포머(55)의 1차측 단자는 DC 전원(VDD)에 의해서 작동되는 접속 단자(50)에 접속된다. 제1 스위칭 트랜지스터(58)의 제어 단자(582)는 2위상 구동 회로(57)에 접속되고, 제1 스위칭 트랜지스터(58)의 다른 출력 단자(583)는 접지된다. 제2 자동 트랜스포머(56)의 2차측 단자는 압전 트랜스포머(51)의 다른 1차측 전극(512)에 접속되고, 이러한 제2 자동 트랜스포머(56)의 중간 탭은 2차 스위칭 트랜지스터(59)의 한 출력 단자(591)에 접속되며, 제2 자동 트랜스포머(56)의 1차측 단자는 접속 단자(50)에 접속된다. 제2 스위칭 트랜지스터(59)의 출력 단자(592)는 2위상 구동 회로(57)에 접속되고, 제2 스위칭 트랜지스터(59)의 다른 출력 단자(593)는 접지된다. 압전 트랜스포머(51)의 구동 회로(54)는 압전 트랜스포머(51)의 1차측 부분, 자동 트랜스포머(55 및 56), 스위칭 트랜지스터(58 및 59) 및 2위상 구동 회로(57)로 구성된다. 자동 트랜스포머의 권선비(turn-ratio)는 N으로 가정한다.
압전 트랜스포머(51)의 구동 주파수는, 부하(52) 양단에 흐르는 부하 전류(I0)가 변화되지 않도록 주파수 제어 회로(53)에 의해서 제어된다. 구동 주파수는 2위상 구동 회로(57)에 의해서 분할되어 파형 정형되고, 이에 의해서 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(58 및 59)가 교대로 구동된다.
제1 스위칭 트랜지스터(58)가 온-상태가 되고 제2 스위칭 트랜지스터(59)가 오프-상태가 되면, DC 전원(VDD)으로부터 제1 자동 트랜스포머(55)의 1차측으로 전류가 흘러, 자동 트랜스포머(55)에서 에너지가 충전된다. 또한, 공진 회로가 제2 자동 트랜스포머(56)와 압전 트랜스포머(51)의 1차측 부분의 각각의 용량 및 제1 자동 트랜스포머(55)의 2차측 권선에 의해 구성되므로, 전원 전압을 3배 하고 이 3배의 값을 다시 N-1로 곱하여 얻은 전압 진폭을 가진 반파 정현파가 압전 트랜스포머(51)의 2차측 전극(512)에서 발생된다. 이와 유사하게, 제1 스위칭 트랜지스터(58)가 턴-오프 상태이고 제2 스위칭 트랜지스터(59)가 턴-온 상태이면, DC 전원(VDD)으로부터 제2 자동 트랜스포머(56)의 1차측 권선으로 전류가 흘러, 자동 트랜스포머(56)에서 에너지가 충전된다. 또한, 다른 공진 회로는 제1 자동 트랜스포머(56)와 압전 트랜스포머(51)의 1차측 부분의 각각의 용량 및 제2 자동 트랜스포머(56)의 2차측 권선에 의해서 구성되며, 이에 의해서 압전 트랜스포머(51)의 다른 1차측 전극(511)에서, 전원 전압을 3배하여 이 3배한 값을 다시 N+1로 곱하여 얻은 전압 진폭을 가진, 반파 정현파가 발생된다.
이러한 동작을 교대로 반복해서 행하여 압전 트랜스포머(51)가 임의의 구동 주파수에서 AC 구동하도록 한다. 압전 트랜스포머의 승압비는 그 부하 임피던스와 구동 주파수에 따라 변화한다. 특히, 그 승압비는 공진 주파수에서 최대가 된다.
냉음극 형광관과 같은, 1500 Vrms이상의 높은 점등 개시 전압과 500 Vrms의 점등 전압을 필요로 하는 부하의 경우에는, 이 부하가 전원 전압이 낮을 때 압전 트랜스포머를 사용하는 승압 만으로는 점등되지 않기 때문에, 자동 트랜스포머의 권선비가 N이 되고 압전 트랜스포머의 구동 파형이 자동 트랜스포머보다 (N+1)배 높은 값으로 사전에 승압된다. 이러한 승압을 1차 승압이라 하는데, 이는 임의의 저전원 전압에 의해서 인버터의 동작을 개시할 수 있게 한다.
그러나, 이러한 압전 트랜스포머의 구동 회로에서는, 자동 트랜스포머에 의한 1차 승압을 요구하지 않는 값까지 전원 전압이 증가될 때에도, 1차 승압이 지속되도록 자동 트랜스포머가 물리적으로 접속되어 있다. 이 때, 부하에 일정 전압값을 유지하기 위해서, 주파수 제어 회로는 구동 주파수를 공진 주파수에 도달하지 못하게 하여, 압전 트랜스포머의 승압비가 낮아지도록 제어를 행한다. 결국, JP, 08275553, A에 개시된 압전 트랜스포머의 구동 회로는 자동 트랜스포머를 사용하므로써 임의의 저전원에서부터 고 전압까지의 범위에서 부하를 구동할 수 있을지라도, 자동 트랜스포머에서의 손실로 인한 구동 효율의 저하 및 구동 파형의 변형으로 인한 동작 전압 범위의 한계의 문제점을 야기한다.
도 2는 JP, 09023643, A에 개시된 압전 트랜스포머 구동 회로를 도시한다.이러한 구동 회로는 1차측 전극(611 및 612)과 2차측 전극(613)을 가진 압전 트랜스포머(61); 전원(VP)과 압전 트랜스포머(61) 사이에 직렬로 제공되는 코일(62); 1차측 전극(611 및 612)을 구동하기 위한 스위칭 트랜지스터(63); 스위칭 트랜지스터(63)를 구동하기 위한 발진용 IC (집적 회로)(65); 및 압전 트랜스포머(61)의 2차측 전극(613)에 접속된 부하 회로(66)를 포함한다. 여기서, 부하 회로(66)는 전압 체배 정형 회로와 부하(67)를 포함한다. 보다 상세하게는, 압전 트랜스포머(61)의 1차측 전극(611)이 코일(62)의 한 단자(621)와 스위칭 트랜지스터(63)의 한 출력 단자(631)에 접속되고 압전 트랜스포머(61)의 다른 1차 전극(612)는 접지된다. 코일(62)의 다른 단자(622)는 DC 전원(VP)으로 도전된 접속 단자(64)에 접속되고 스위칭 트랜지스터(63)의 다른 출력 단자(632)는 접지된다. 스위칭 트랜지스터(63)의 제어 단자(633)는 발진용 IC(65)의 출력 단자에 접속된다.
발진용 IC(65)는 스위칭 트랜지스터(63)가 턴-온 및 턴-오프 동작을 수행하게 하는 제어 신호를 출력한다. 스위칭 트랜지스터(63)가 턴-온 상태일 때는, DC 전원(VP)으로부터 코일(62) 양단에 전류가 흘러 코일(62)에 에너지가 충전된다. 스위칭 트랜지스터(63)가 턴-오프 상태일 때는, 공진 회로가 코일(62)과 압전 트랜스포머(61)의 1차측 부분의 용량에 의해서 구성되어, 전원 전압의 진폭보다 높은 전압 진폭을 가진 반파 정형파를 압전 트랜스포머(61)의 한 1차측 전극(611)에서 발생시킨다. 스위칭 트랜지스터(63)는 턴-온 및 턴-오프 동작을 교대로 행하고, 이러한 동작에 의해서 압전 트랜스포머(61)가 임의의 구동 주파수에서 AC 구동을 행하게 한다. 압전 트랜스포머(61)의 승압비는 부하 임피던스와 구동 주파수에 따라 변화되며, 특히 압전 트랜스포머(61)는 그 공진 주파수에서 최대 승압비와 최대 변환 효율을 갖는다.
JP, 09023643, A에 개시된 압전 트랜스포머 구동 회로는 자동 트랜스포머와 같은 손실 요인이 없기 때문에, 압전 트랜스포머를 고 효율로 구동할 수 있다. 그러나, 1500 Vrms이상의 높은 점등 개시 전압과 500 Vrms의 점등 전압을 요구하는 냉음극 형광관과 같은 부하의 경우에는, 전원 전압이 낮을 때에 압전 트랜스포머의 승압비가 부족하게 되어, 압전 트랜스포머의 구동 회로가 요구된 부하 구동을 행할 수 없게 된다.
본 발명의 목적은 광범위한 전원 전압에 대해서 동작하고 높은 구동 효율로 고 전압을 출력할 수 있는 압전 트랜스포머를 구동하기 위한 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 광범위한 전원 전압에 대해서 동작하고 높은 구동 효율로 고 전압을 출력할 수 있는 압전 트랜스포머 구동 회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 냉음극 형광관과 같은 부하에 적합한 압전 트랜스포머 구동 회로를 구동하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 냉음극 형광관과 같은 부하에 적합한 압전 트랜스포머 구동 회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 제1 목적은, 압전 트랜스포머의 등가 입력 용량과 인덕턴스가 한쌍의 전원 단자 사이에 직렬로 제공되고 등가 입력 용량을 포함하는 회로가 이 회로와 병렬로 제공되는 스위칭 트랜지스터의 주 전류 경로에 의해서 부분적으로 단락 회로화 되는 압전 트랜스포머를 구동시키는 방법에 있어서, 승압 구성의 제1 인덕턴스 소자와 비승압 구성의 제2 인덕턴스 소자를 인덕턴스로서 준비하는 단계, 스위칭 트랜지스터의 주 전류 경로를 통과하는 구동 파형의 진폭을 검출하는 단계, 및 구동 파형의 진폭이 소정의 임계값을 초과할 때에 제1 인덕턴스 소자로부터 제2 인덕턴스 소자로 인덕턴스와의 상기 압전 트랜스포머의 접속을 스위칭하는 단계를 포함하는 방법에 의해서 달성할 수 있다.
본 발명의 제2 목적은, 압전 트랜스포머의 등가 입력 용량과 인덕턴스 회로로 구성되며 전원 단자들 사이에 제공되는 직렬 회로 - 상기 인덕턴스 회로는 승압 구성의 제1 인덕턴스 소자 및 비승압 구성의 제2 인덕턴스 소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 인덕턴스 소자는 교대로 선택될 수 있음 -, 그의 주 전류 경로의 양 단자들이 상기 등가 입력 용량을 포함하는 직렬 회로의 일부에 병렬로 접속된 스위칭 트랜지스터, 스위칭 트랜지스터의 주 전류 경로의 단자들 간의 구동 파형의 진폭을 검출하기 위한 진폭 검출 회로, 및 진폭이 소정의 임계값보다 작을 때는 상기 제1 인덕턴스 소자를 선택하고 진폭이 소정의 임계값을 초과할 때는 상기 제2 인덕턴스 소자를 선택하기 위한 인덕턴스 선택 회로를 포함하는 압전 트랜스포머를 구동시키기 위한 구동 회로에 의해서 달성될 수 있다.
본 발명의 압전 트랜스포머의 구동 방법 및 압전 트랜스포머 구동 회로는 냉음극 형광관과 같은 부하를 가진 압전 트랜스포머를 구동하는데 적합하다.
본 발명에 따르면, 고 효율과 광범위한 동작 전압에서 압전 트랜스포머를 구동하는 것이 가능하다. 이는 압전 트랜스포머의 주파수 특성과 인덕턴스에 의한 1차 승압을 조합하므로써 가능하다. 1차 승압에 의한 압전 트랜스포머의 승압비의 부족을 보상하기 위해서 압전 트랜스포머의 낮은 전원 전압이 구동 회로에 의해서 구동되는 경우 및 1차 승압을 요구하지 않는 전원 전압의 경우, 압전 트랜스포머는 1차 승압을 행하지 않고도 고 효율의 다른 압전 트랜스포머에 의해서 구동된다. 본 발명의 구동 회로는 압전 트랜스포머의 고 효율 구동 회로와 같은 부하 조건의 변동을 가진다.
본 발명의 압전 트랜스포머 구동 회로는 냉음극 형광관 등의 부하를 가진 압전 트랜스포머를 구동시키는데 적합하고, 광범위한 전원 전압과 동작에 높은 효율성을 갖고 잘 대처할 수 있다. 이러한 구동 회로는 압전 트랜스포머의 등가 입력 용량과 인덕턴스 회로로 구성되며 전원 단자들 사이에 제공되는 직렬 회로와, 그의 주 전류 경로의 양 단자들이 상기 등가 입력 용량을 포함하는 상기 직렬 회로의 일부에 병렬로 접속되는 스위칭 트랜지스터를 포함한다. 이 인덕턴스 회로는 자동 트랜스포머 등의 승압 구성의 제1 인덕턴스 소자와 코일 등의 비승압 구성의 제2 인덕턴스 소자를 포함한다. 이 제1 및 제2 인덕턴스 소자는 교대로 선택될 수 있다. 본원 발명의 구동 회로는 스위칭 트랜지스터의 주 전류 경로의 단자들 간의 구동 파형의 진폭을 검출하는 진폭 검출 회로와 상기 진폭이 소정의 임계값 이하일때에 제1 인덕턴스 소자를 선택하고, 진폭이 소정의 임계값을 초과할 때에 상기 제2 인덕턴스 소자를 선택하기 위한 인덕턴스 선택 회로를 더 구비한다
본 발명의 압전 트랜스포머 구동 회로는 냉음극 형광관 등의 부하를 가진 압전 트랜스포머를 구동시키는데 적합하고, 광범위한 전원 전압과 동작에 높은 효율성을 갖고 잘 대처할 수 있다. 이러한 구동 회로는 압전 트랜스포머의 등가 입력 용량과 인덕턴스 회로로 구성되며 전원 단자들 사이에 제공되는 직렬 회로와, 그의 주 전류 경로의 양 단자들이 상기 등가 입력 용량을 포함하는 상기 직렬 회로의 일부에 병렬로 접속되는 스위칭 트랜지스터를 포함한다. 이 인덕턴스 회로는 자동 트랜스포머 등의 승압 구성의 제1 인덕턴스 소자와 코일 등의 비승압 구성의 제2 인덕턴스 소자를 포함한다. 이 제1 및 제2 인덕턴스 소자는 교대로 선택될 수 있다. 본원 발명의 구동 회로는 스위칭 트랜지스터의 주 전류 경로의 단자들 간의 구동 파형의 진폭을 검출하는 진폭 검출 회로와 상기 진폭이 소정의 임계값 이하일 때에 제1 인덕턴스 소자를 선택하고, 진폭이 소정의 임계값을 초과할 때에 상기 제2 인덕턴스 소자를 선택하기 위한 인덕턴스 선택 회로를 더 구비한다.
특히, 본 발명은 예를 들어, 광범위한 전원 전압에서 고 효율로 냉음극 형광관을 점등하기 위한 인버터 회로에 적용할 수 있다. 인버터 회로를 적용할 수 있는 이유는 다음과 같다. 즉, 압전 트랜스포머가 냉음극 형광관의 고부하 임피던스에 대해 높은 승압비를 갖는 주파수 특성을 갖는다는 점이다. 예를 들어, 형광관이 점등되기 시작하는 시간에 약 1500 Vrms의 고 전압을 필요로 하고 이를 점등한후에는 약 500 Vrms의 낮은 정상 점등 전압을 필요로 하는 냉음극 형광관의 특성을 살펴보면, 압전 트랜스포머는 관의 점등 개시 시간에 높은 승압비로 구동되어 고 전압을 발생하며 형광관을 점등하기 시작한다. 그 후, 형광관이 점등한 이후에는 형광관의 임피던스가 줄어들고 또한 압전 트랜스포머의 최대 승압비가 감소되어, 냉음극 형광관의 점등 상태가 유지된다.
또한, 본 발명에서, 전원 전압의 1차 승압이 행해지지 않는 비승압 구성의 인덕턴스에 의한 압전 트랜스포머의 구동 동작에서는, 인덕턴스의 자동 선택이 가능하기 때문에 보다 작은 손실을 야기하는 구동 파형을 생성한다.
압전 트랜스포머는 그 해당 승압비, 부하 및 출력 전력에 따라 그 등가 회로의 회로 상수들을 변화시킨다. 압전 트랜스포머의 1차측의 등가 용량이 또한 구동 회로의 일부를 구성하고, 상기 등가 회로의 회로 상수 변화에 의해서 또한 구동 회로의 최적의 회로 상수가 변화한다. 이러한 회로 상수의 변화에 대해서 비승압 구성의 인덕턴스값을 변화가능하게 하므로써, 인덕턴스 및 압전 트랜스포머의 1차측 등가 용량 사이의 정합(matching)을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 종래의 압전 트랜스포머 구동 회로의 예를 도시한 회로도.
도 2는 종래의 압전 트랜스포머 구동 회로의 다른 예를 도시한 회로도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 트랜스포머 구동 회로의 구성을 도시한 회로도.
도 4a는 구동 회로의 기본 구성을 도시한 회로도.
도 4b는 구동 회로의 파형을 도시한 도면.
도 5a는 제1 구동 회로부의 기본 구성을 도시한 회로도.
도 5b는 제1 구동 회로부의 동작 파형을 도시한 도면.
도 6a는 제2 구동 회로부의 기본 구성을 도기한 도면.
도 6b는 제2 구동 회로부의 동작 파형을 도시한 도면.
도 7은 전자 계전기에 선택적으로 결합된 트랜지스터 스위치의 대응을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 압전 트랜스포머의 구성을 도시한 회로도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 안테나
2 : 냉음극 형광관
3 : 관 전류 검출 회로
4 : 기준 전압 소스
5 : 전압 제어 발진기
6 : 파형 정형 회로
7 : 구동 트랜지스터
8 : 자동 트랜스포머
10 : 비교기
11 : 스위치 구동기
13 : 조정 계전기
18 : 압전 트랜스포머
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특성 및 장점들은 본 발명의 다음 실시예의 예를 도시한 첨부 도면들을 참조로 한 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예로서 냉음극 형광관이 그 부하인 압전 트랜스포머에 접속된 경우를 예시적으로 설명한 것이다.
도 3에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전 트랜스포머 구동 회로는 압전 트랜스포머(18)를 구동하고, 이에 의해서 부하로 동작하는 냉음극 형광관(2)으로 고 전압 전류를 공급한다. 이러한 압전 트랜스포머 구동 회로를 대략적으로 분류해 보면, 압전 트랜스포머 구동 회로는 압전 트랜스포머(18)의 1차측 전극(1801)으로 구동 전압을 발생하기 위한 자동 트랜스포머(8)를 사용하는 제1 구동 회로부 및 코일(12)을 이용하여 1차측 전극(1801)으로 구동 전압을 발생하는 것과 유사하게 구동 전압을 발생하는 제2 구동 회로부를 포함한다.
제1 구동 회로부는, 구동 트랜지스터(7)의 스위칭 동작에 의해서 생성된, 노멀리 온형(normally-on type)(디플레이션형)인 트랜지스터(902 및 903)를 통해 흐르는 전류가 자동 트랜스포머(8)의 출력측 단자(802)로부터 고 전압을 발생하도록 하는 회로이다. 한편, 제2 구동 회로부는, 구동 트랜지스터(7)의 스위칭 동작에 의해서 생성된, 노멀리 오프형(normally-off type)(인핸스먼트형) 트랜지스터(901)를 통해 흐르는 전류에 의해서 구동되어 코일(12)의 출력측 단자(1202)로부터 전압을 발생하는 회로이다. 도 3을 참조하면, 참조 기호 'NC'로 표시된 트랜지스터가 노멀리 폐쇄형(normally-closed type) 트랜지스터, 즉 노멀리 온형 트랜지스터이고, 참조 기호 'NO'로 표시된 트랜지스터가 노멀리 개방형(normally-open type) 트랜지스터, 즉 노멀리 오프형 트랜지스터이다. 압전 트랜스포머(8)는 제1 구동 회로부나 제2 구동 회로부중 하나에 의해서 구동되고, 부하(2)는 압전 트랜스포머(8)의 출력에 의해서 구동된다.
구동 트랜지스터(7)의 스위칭 동작들은 전압 제어 발진기(VCO)(5)의 출력에의해서 제어되고 전압 제어 발진기(5)의 출력 주파수는 부하(2)를 통해서 흐르는 전류에 기초하여 제어된다.
광 결합식 트랜지스터 스위칭 회로로 동작하는 스위칭 계전기(9A)는 노멀리 오프형 트랜지스터(901)와 노멀리 온형 트랜지스터(902)로 구성된다. 이와 유사하게, 스위칭 계전기(9B)는 트랜지스터(903 및 904)에 의해서 구성된다. 스위칭 계전기(9A 및 9B)는 구동 트랜지스터(7)의 주 전류 경로의 단자들 사이의 DC 성분에 의해서 제어된다. 이러한 DC 성분은 피크 검출 회로(14)에 의해서 검출된다. 검출된 DC 전압이 비교기(10)의 기준 전압(1001)과 같거나 그 보다 작으면, 스위칭 구동기(11)는 노멀리 온형 트랜지스터(902 및 903)가 턴 온되도록 각각의 스위칭 계전기(9A 및 9B)를 제어하여 제1 구동 회로부를 동작시킨다. DC 성분이 기준 전압(1001)을 초과할 때, 스위칭 구동기(11)는 노멀리 오프형 트랜지스터가 턴 온되도록 각각의 스위칭 계전기(9A 및 9B)를 제어하여 제2 구동 회로부를 동작시킨다.
이러한 구동 회로에서는, 제2 구동 회로부에서 코일(12)의 구동 입력 단자를 스위칭하기 위해서, 광 결합식 트랜지스터 스위치로 동작하는 조정 계전기(13)가 제공된다. 이 조정 계전기(13)에서는 노멀리 온형 트랜지스터(1301)과 노멀리 오프형 트랜지스터(1302)가 제공된다. 조정 계전기(13)를 제공하므로써, 구동 트랜지스터(7)의 주 전류 경로의 단자들 간의 DC 전압이 기준 전압(1001)을 초과할 경우에, 조정 계전기의 구동 회로(17)가 트랜지스터(1301 및 1302)중 하나를 턴-온하도록 조정 계전기(13)를 스위칭하므로, 코일(12)의 구동 입력 단자들을 스위칭하게 된다,
이하, 이러한 구동 회로의 구성이 보다 상세히 설명될 것이다.
부하인 냉음극 형광관(2)의 한 단부(201)는 관 전류 검출 회로(3)에 접속되고, 관 전류 검출 회로(3)의 출력은 기준 전압 소스(401)가 접속된 비교기(4)에 접속된다. 비교기(4)의 출력은 전압 제어 발진기(5)에 접속된다. 이 전압 제어 발진기(5)의 출력은 파형 정형 회로(6)에 접속되고, 파형 정형 회로(6)의 출력은 구동 트랜지스터(7)의 게이트 단자(701)에 접속된다. 구동 트랜지스터(7)의 소스 단자(702)는 접지되고, 그 드레인 단자(703)는 피크 전압 검출 회로(14)와 스위칭 계전기(9B)의 트랜지스터(903 및 904)에 접속된다. 피크 전압 검출 회로(14)의 출력은 1/3 분압 회로(15) 및 기준 전압 소스(1001)가 접속된 비교기(10)에 접속된다. 1/3 분압 회로(15)의 출력은 비교기(16)에 접속되며, 이 비교기(16)는 기준 전압으로 전원(1)의 전압을 수신한다. 비교기(16)의 출력은 조정 계전기의 구동 회로(17)에 접속되고 조정 계전기의 구동 회로(17)는 구동 LCD (발광 다이오드)(1303)를 통해서 전원(1)에 접속된다.
자동 트랜스포머(8)는 1:N의 권선비를 갖는다. 트랜지스터 스위치(903)는 자동 트랜스포머(8)의 중간 탭(801)에 접속된다. 자동 트랜스포머(8)의 한 단자(802), 코일(12)의 한 단자(1202) 및 압전 트랜스포머(18)의 한개의 1차 전극(1801)은 상호 접속되고 이들의 접속 노드에 트랜지스터 스위치(904)가 접속된다. 압전 트랜스포머(18)의 다른 1차 전극(1802)은 접지되고 압전 트랜스포머(18)의 2차 전극(1803)은 냉음극 형광관(2)의 타단(202)에 접속된다. 비교기(10)의 출력은 스위칭 계전기의 구동 회로(11)에 접속되고 스위칭 계전기의 구동 회로(11)는스위칭 계전기(9A)의 구동 LED(905)를 통해서 전원(1)에 접속된다.
자동 트랜스포머(8)의 다른 단자(803)는 스위칭 계전기(9A)의 스위치(902)를 통해 전원(1)에 접속된다. 코일(12)의 중간 단자(1201)는 조정 계전기(13)의 트랜지스터 스위치(1301)에 접속된다. 조정 계전기(13)의 스위치(1301 및 1302)는 스위칭 계전기(9)의 스위치(901)를 통해 전원(1)에 접속된다.
압전 트랜스포머(18)의 승압비는 주파수 특성을 나타낸다. 압전 트랜스포머(18)는 그 진동 모드에 따라 결정된 고유 공진 주파수에서 최대 승압비를 가진다. 압전 트랜스포머(18)의 구동 주파수를 가로축으로 할 때, 승압비의 곡선은 구동 주파수에 대응하여 지속적으로 변화하고, 이러한 승압비의 곡선은 공진 주파수 부분에서 최대 승압비를 나타내어 산과 같은 곡선 형태를 나타낸다. 최대 승압비가 부하 임피던스와 비례 관계를 갖는다는 것은 공지된 사실이다. 구동 회로에서, 공진 주파수보다 높은 측에서의 주파수는 압전 트랜스포머의 구동 주파수의 제어 범위로 사용된다. 따라서, 구동 주파수가 증가함에 따라, 압전 트랜스포머의 승압비는 감소된다.
제1 구동 회로부는 전원(1); 제1 및 제2 권선이 자기적으로 결합된 1:N 권선비의 자동 트랜스포머(8); 및 압전 트랜스포머(18)의 1차 전극(1801 및 1802)를 포함한다. 전원(1)은 스위칭 계전기(9A)의 노멀리 온형 스위치(902)를 통해서 자동 트랜스포머(8)의 다른 단자(803)에 접속된다. 자동 트랜스포머(8)의 중간 단자(801)는 스위칭 계전기(9B)의 노멀리 온형 스위치(902)를 통해 자동 트랜스포머(8)의 다른 단자에 접속된다. 자동 트랜스포머(8)의 한 단자(802)는 압전 트랜스포머(18)의 한개의 1차 전극(1801)에 접속되고, 트랜스포머(19)의 다른 1차 전극(1802)은 접지된다.
제2 회로 구동 회로부는 전원(1), 코일(12), 구동 트랜지스터(7) 및 압전 트랜스포머(18)의 1차 전극(1801 및 1802)를 포함한다. 전원(1)은 스위칭 계전기(9A)의 노멀리 온형인 트랜지스터 스위치(901) 뿐만 아니라, 조정 계전기(13)의 트랜지스터 스위치(1301 및 1302)를 통해서 코일(12)의 중간 탭(1201)과 다른 단자(1203)에 접속된다. 코일(12)의 한 단부(1202)는 스위칭 계전기(9B)의 노멀리 오프형 트랜지스터 스위치(904)를 통해 구동 트랜지스터(7)의 드레인 단자(703)에 접속된다. 더욱이, 코일(12)의 한 단부(1202)는 압전 트랜스포머(18)의 한 1차 전극(1801)에 접속되고 압전 트랜스포머(18)의 다른 1차 전극(1802)은 접지된다.
도 4a는 제1 및 제2 구동 회로부의 기본적인 구성을 도시한 도면이다. 제1 및 제2 구동 회로부 각각은 도 4a에 도시된 바와 같이 전압 공진을 이용하는 회로이다. 제1 및 제2 구동 회로부는, 제1 구동 회로부가 자동 트랜스포머, 즉 전원 전압이 승압되는 승압 구성의 인덕턴스를 이용한다는 사실과, 제2 구동 회로부가 코일, 즉 전원 전압이 승압되지 않는 비승압 구성의 인덕턴스를 이용한다는 사실을 제어하면 동일한 기본 구성을 갖는다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 구동 회로부의 기본 구성을 참조하면, 인덕턴스(19)의 한 단부가 DC 전원(1)에 접속되고, 인덕턴스(9)의 다른 단부는 압전 트랜스포머(18)의 하나의 1차 전극(1801) 뿐만 아니라 다이오드(21)와 병렬로접속되어 있는 스위치(20)에 접속되고, 압전 트랜스포머(18)의 다른 1차 전극(1802)은 접지된다. 등가 입력 용량(22)은 압전 트랜스포머(18)의 1차측에 제공되며, 이 등가 입력 용량(22), 인덕턴스(19) 및 스위치(20)는 LC 공진 회로로 동작하는 구동 회로를 구성한다. 압전 트랜스포머(18) 자체는 구동 회로의 일부를 구성한다. 압전 트랜스포머(18)의 등가 회로에 도시된 다른 상수들이 회로 동작에 영향을 끼치더라도, 회로 동작에 가장 큰 영향을 끼치는 등가 회로 용량(22)을 대표 상수로 나타낼 수 있다.
이러한 기본 구성에서는, 스위치(20)의 스위칭 동작이 반복될 때, 압전 트랜스포머에서 발생된 구동 파형이 도 4b에 도시된 파형과 같다. 스위칭 주파수가 인덕턴스(19)와 등가 입력 용량(22)을 포함한 LC 공진 회로의 공진 주파수보다 낮다면, 도 4b의 (a)에 도시된 구동 파형이 발생된다. 보다 상세하게는 공진파가 스위칭 주기보다 빠르게 강하되고 그 최대 진폭이 전원(1)의 전압의 3배 이상 높게 된다. 스위칭 주파수가 LC 공진 회로의 공진 주파수와 같다면, 스위칭 주기에서의 강하는 도 4b의 (b)에 도시된 바와 같이 공진파와 일치하고 그 최대 진폭은 대략 전원(1) 전압보다 3배 높다. 또한, 스위칭 주파수가 LC 공진 회로의 공진 주파수보다 높을 때는, 그 최대 진폭이 전원(1) 전압의 3배보다 작게 되도록 공진파가 도 4b의 (c)에 도시된 바와 같이 스위칭 주기동안 충분히 강하되지 않는다.
이들 3가지 형태의 구동파에서의 구동 효율을 살펴보면, 도 4b의 (a)의 경우에는 스위칭 주기보다 빠른 공진파의 강하로 인해 전력 소비가 증가된다. 도 4b의 (b)의 경우에는, 제로 전압과 제로 전류의 스위칭이 일어나 저손실이 된다. 도 4b의 (c)의 경우에는, 스위치(20)가 공진파가 강하되기 이전에 턴 온되어 스위칭 손실이 커진다. 따라서, 도 4b의 (b)에 도시된 구동파를 적용하면 구동 회로의 고효율화가 가능해진다.
도 5a, 도 5b, 도 6a 및 도 6b는 제1 및 제2 구동 회로부 간의 구성상의 차이점을 도시한 것이다. 도 5a는 승압 구성의 인덕턴스로 동작하는 자동 트랜스포머를 (도 4a의) 인덕턴스(19)용으로 사용하여 승압된 구동 전압을 발생하는 회로의 등가 회로로서 제1 구동 회로부의 구성을 도시한다. 도 5b는 도 5a에 도시된 회로에 포함된 압전 트랜스포머의 구동 파형을 도시한다. 한편, 도 6a는 비승압 구성의 인덕턴스로 동작하는 코일을 인덕턴스(18)용으로 사용하여 저 손실로 구동 전압을 발생하는 등가 회로로서 제2 구동 회로부의 구성을 도시한다. 도 6b는 도 6a에 도시된 회로 내에 포함된 압전 트랜스포머의 구동 파형을 도시한다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 인덕턴스로서 1차 및 2차 권선 간에 1:N의 권선비를 갖는 자동 트랜스포머의 사용하므로써, 스위치(20)의 전압 진폭을 1이라 가정했을 때 구동 파형의 진폭은 1차 승압에 의해서 승압되어 (1+N)배 증가한다. 그러나, 자동 트랜스포머의 자기적 결합으로 인한 손실이 있기 때문에, 변환 효율은 낮아진다. 한편, 코일이 인덕턴스로서 사용될 때는, 스위치(20)의 전압 진폭이 구동 파형의 진폭과 같아져서 저 손실로 고 효율을 실현할 수 있다.
상술한 압전 트랜스포머 구동 회로의 동작이 이하 상세히 설명될 것이다.
스위칭 계전기(9A 및 9B)는 전원(1)의 턴-온 시간에는 구동되지 않기 때문에, 도 5a의 등가 회로에 의해 도시된 제1 구동 회로부는 노멀리 온형 스위치(902및 903), 자동 트랜스포머(8), 구동 트랜지스터(7) 및 압전 트랜스포머(18)의 1차 전극(1801 및 1802)에 의해서 구성된다.
이 때는, 부하로 동작하는 냉음극 형광관(2)이 점등되지 않기 때문에, 관 전류 검출 회로(3)가 관 전류를 검출하지 못한다. 비교기(4)는 기준 전압(401)과 관 전류의 검출값을 비교한다. 관 전류가 검출되지 않거나 관 전류의 검출값이 비교기(4)에서 미리 설정된 관 전류값과 일치하지 않는다면, 전압 제어 발진기(5)가 비교기(4)의 출력에 의해 발진되어 미리 결정된 주파수 범위내에서 주파수를 소인한다. 소인 주파수 범위는 압전 트랜스포머(18)의 공진 주파수보다 높은 쪽에 위치한 주파수 영역에서 설정된다. 전압 제어 발진기(5)의 출력 신호는 파형 정형 회로(6)에 의해서 발진 주파수를 유지하면서 구동 트랜지스터(7)를 구동하기에 충분한 신호 레벨로 변환된다.
파형 정형 회로(6)의 출력 수신에 따라, 구동 트랜지스터(7)는 전압 제어 발진기(5)의 발진 주파수에 따라 스위칭 주파수에서 턴-온 및 턴-오프 동작을 행한다. 스위칭 트랜지스터(7)의 스위칭 동작에 의해서, 제1 구동 회로부는 전원 전압보다 높은 진폭을 가진 전압 발진파를 발생하여, 압전 트랜스포머(18)를 구동한다.
압전 트랜스포머(18)는 주파수 특성에 대응하여 승압비 만큼 곱하여 높은 AC 전압으로서 그 2차 전극(1803)에서 전압 발진파의 구동 파형을 생성한다. 2차 전극(1803)에 접속된 냉음극 형광관(2)이 이러한 높은 AC 전압에 의해 방전을 개시할 때, 냉음극 형광관(2)이 점등되어 관 전류가 흐르기 시작한다.
이러한 관 전류는 관 전류 검출 회로(3)에 의해서 검출되고 이들 관 전류와기준 전압(401) 간의 비교 결과가 비교기(4)로부터 출력된다. 이 비교기(4)의 출력에 기초하여, 전압 제어 발진기(5)의 발진 주파수가 결정되고, 구동 트랜지스터(7)가 상기 결정된 발진 주파수에 의해서 구동된다. 이러한 반복적인 피드백 동작은, 냉음극 형광관의 관 전류를 기준 전압(401)의 측정으로 미리 설정된 관 전류값에 근사시킨다. 압전 트랜스포머(18)는 공진 주파수 부근의 협대역의 주파수 범위에서 승압비를 충분히 변화시키는 주파수 특성을 갖기 때문에, 미리 설정된 관 전류에 대응하는 압전 트랜스포머의 승압비는 대체로 일정하다. 관 전류가 설정값과 동일하면, 구동 주파수가 대체로 일정하다.
냉음극 형광관은 방전관이므로, 점등 전압용으로 약 500 Vrms및 점등 개시 전압으로 약 1,500 Vrms의 고 전압을 필요로 한다. 따라서, 구동 파형의 진폭이 작으면, 압전 트랜스포머(18)의 승압비에 대한 요구값이 커진다. 압전 트랜스포머(18)의 구동 회로는 전압 공진을 이용하므로, 구동 파형의 진폭은 거의 전원 전압에 비례한다. 보다 구체적으로는, 전원 전압이 낮아지면, 압전 트랜스포머(18)는 보다 높은 승압비를 필요로 한다. 더욱이, 전원 전압이 저하되어 최대 승압비로도 방전 개시 전압을 얻을 수 없게 되면, 냉음극 형광관은 점등될 수 없다. 반대로, 전원 전압이 높아지면, 보다 높은 승압비를 필요로 하지 않게 되어, 압전 트랜스포머(18)는 공진 주파수보다 높은 구동 주파수로 동작한다.
전원이 온되는 경우의 동작을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
전원이 온될 때, 제1 구동 회로부는 상술한 바와 같이 압전 트랜스포머(18)에 접속된다. 이 때의 전원 전압은 Va로 표현되며, 피크 전압 검출 회로(14)에 의해 구동 트랜지스터(7)의 드레인 단자(70)의 전압 파형에 대한 피크 검출 정류를 수행하므로써 얻어지는 전압은 Vap로 표현된다. 이 전압 Vap가 기준 전압(1001)보다 작은 경우, 비교기(10)는 출력을 얻지 못하므로, 스위칭 계전기(9A, 9B)는 구동되지 않는다. 이에 의해, 압전 트랜스포머(18)는 제1 구동 회로부에 의해 구동된다. 전압 Va는 냉음극 형광관을 점등하기 위해 1차 승압을 필요로 하는 전원 전압이므로, 제1 구동 회로부가 선택되었다고 할 수 있다.
전원 전압이 Va보다 증가하여 Vb가 될 때(VbVa), 피크 검출 정류에 의해 얻어진 전압은 Vbp라고 가정한다 (VbpVap). 이 전압 Vbp가 기준 전압(1001)보다 클 때, 비교기(10)의 출력에 기초하여 스위칭 계전기의 구동 회로(11)가 동작하여, 스위칭 계전기(9A, 9B)가 구동된다. 스위칭 계전기(9A, 9B)의 구동에 의해, 트랜지스터(902, 903)가 오프된다. 또 다른 방식으로서, 트랜지스터(901, 904)가 온되면, 압전 트랜스포머(18)가 제2 구동 회로부에 의해 구동된다. Vb는 1차 승압을 행하지 않고 냉음극 형광관을 점등시킬 수 있는 전원 전압이므로, 제2 구동 회로부가 선택된다.
압전 트랜스포머(18)의 구동 회로에서는, 구동 주파수 및 구동 파형의 진폭이 변화됨에 따라, 구동 회로의 공진 주파수와 구동 트랜지스터(7)의 스위칭 주파수간의 매칭 상태가 변화된다. 이로 인해, 구동 파형을 광범위한 전원 전압에 걸쳐 도 4b의 (b)에 도시한 고 효율로 유지하는 것이 불가능하다. 따라서, 광범위한 전원 전압을 걸쳐 고 효율을 달성하기 위해서는, 구동 회로의 공진 주파수를 압전 트랜스포머(18)의 구동 주파수와 맞도록 변화시켜야 한다. 따라서, 구동 트랜지스터(7)의 드레인 단자(703)의 전압 파형을 조정해야 하며, 인덕턴스를 조절하여 구동 트랜지스터(7)의 스위칭 상태를 제로 전압 및 제로 전류 스위칭에 가깝게 해야 한다. 이러한 구동 회로에서는, 조정 계전기(13)에 의해, 두 개의 인덕턴스값 중의 하나, 즉 코일(12)의 총 인덕턴스로부터의 인덕턴스값과 중간 탭(1201)으로부터의 인덕턴스 성분의 다른 인덕턴스값 중의 하나를 선택하여, 인덕턴스를 가변시켜 고 효율을 얻는다.
전원 전압이 Vc까지 더 증가하는 경우 (Vc≥ Vb), 피크 전압 검출 회로(14)에 의한 피크 검출 정류에 의해 얻어지는 전압은 Vcp로 표현된다. 비교기(16)는 1/3 분압 회로(15)에 의해 Vcp를 분할함으로써 얻어진 (1/3)Vcp와 전원 전압 Vc간의 비교를 행한다.
(1/3)VcpVc를 만족하는 경우, 구동 파형은 도 4b의 (a)에 도시한 바와 같은 형상을 취하며, 구동 회로는 고 효율을 얻을 수 없는 상태에 있게 된다. 구동 회로의 공진 주파수를 낮추기 위해서는, 인덕턴스를 크게 한다. 코일(12)의 인덕턴스는 두 인덕턴스값들 중 조정 계전기(13)가 구동될 때 큰 값을 갖는 값이므로, 비교기(16)는 출력을 발생시켜 조정 계전기 구동 회로(17)를 구동한다.
한편, (1/3)Vcp< Vc를 만족하는 경우, 구동 파형은 도 4b의 (c)에 도시한 바와 같은 형태를 취하며, 구동 회로는 고 효율이 얻을 수 없는 상태에 있게 된다. 따라서, 구동 회로의 공진 주파수를 증가시키기 위하여, 인덕턴스를 작게 한다. 코일(12)의 인덕턴스는 두 인덕턴스값들 중 조정 계전기(13)가 구동되지 않을 때 작은 값을 갖는 값이 되므로, 비교기(16)는 출력을 발생시키지 않으며 조정 계전기 구동 회로(17)는 구동되지 않는다.
상술한 바와 같이, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 구동 파형이 나타나는 경우, 구동 회로는 고 효율로 동작한다. 그러나, 인덕턴스는 크거나 작은 두 값들 중의 하나만을 취할 수 있으므로, 도 4b의 (b)에 도시한 파형을 얻고자 하는 경우, 바람직한 인덕턴스가 확정되지 않게 된다. 따라서, 비교기(16)로 하여금 히스테리시스 특성을 갖게 함으로써, 인덕턴스의 불확정을 방지한다.
상술한 바와 같이, 도 3에 도시한 압전 트랜스포머 구동 회로에서, 전원 전압이 냉음극 형광관을 점등하기 위한 1차 승압을 필요로 하는 낮은 값을 가질 경우, 자동 트랜스포머로 구성된 제1 구동 회로부가 선택된다. 전원 전압이 1차 승압을 필요로 하지 않는 값으로 증가하는 경우, 고 효율을 달성하도록 구성된 제2 구동 회로부가 선택된다. 제2 구동 회로부가 동작할 때, 드레인 단자(703)의 전압 파형이 조정되며, 각각 대소값을 취하는 두 개의 인덕턴스값들 중에서 제로 전압 및 제로 전류 스위칭의 상태에 보다 가까운 인덕턴스가 선택되어, 구동 회로가 더욱 고 효율화된다. 또한, 1차 승압을 필요로하지 않는 고 전원 전압으로 냉음극형광관이 점등되는 경우, 제2 구동 회로부가 선택된다. 전원 전압이 1차 승압을 필요로하는 전압으로 감소되는 경우, 제1 구동 회로부가 선택된다. 구동 회로부 및 인덕턴스값은 드레인 단자(703)의 전압 파형 진폭에 기초하여 스위칭되며, 이에 의해 광범위한 전원 전압에 대처할 수 있고 압전 트랜스포머(18)를 고 효율로 구동할 수 있는 구동 회로를 구현할 수 있다.
특히, 각각의 스위칭 계전기(9A, 9B) 및 조정 계전기(13)를 광 결합식 트랜지스터 스위치로 구성하므로써, 이들 각각의 계전기를 전자기 계전기보다 높은 속도로 동작시킬 수 있어, 스위칭 동작 상의 불안정 요소를 줄일 수 있다. 광 결합식 트랜지스터 스위치에 의해 구성된 스위칭 계전기(9a, 9b) 및 조정 계전기(13)는 구동 다이오드(905, 1303)용으로 LED를 사용한다. LED가 발광하면, 계전기에 포함된 스위칭 트랜지스터의 게이트 전압이 임계 전압까지 상승하여, 노멀리 오프형(normally-off type) 트랜지스터가 온되고 노멀리 온형(normally-on type) 트랜지스터가 오프된다. 이 트랜지스터 스위치에 의한 스위칭 시간은 1 ms 이하이다. 계전기 구동용으로 LED가 사용되므로, 구동 코일을 하용하는 전자기 계전기에 비해 계전기 구동용 전력 소비를 저감할 수 있다. 도 7은 광 결합식 트랜지스터 스위치(91)와 전자기 계전기(92)간의 대응 관계를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 압전 트랜스포머 구동 회로의 구성을 도시한다. 도 8에 도시한 압전 트랜스포머 구동 회로는, 코일(12)의 중간 탭의 수가 n (n ≥ 2)이고 중간 탭들 가운데 하나를 선택하기 위한 인덕턴스 선택 회로(23)가 조정 계전기(13) 대신에 제공된다는 점에서, 도 3에 도시한 회로와 상이하다. 1/3분압 회로(15)의 출력은 인덕턴스 선택 회로(23)의 제어 입력 단자에 접속된다. 따라서, 히스테리시스 특성을 가지며 1/3 분압 회로(15)의 출력에 접속되는 비교기 및 조정 계전기 구동 회로는 제공되지 않는다.
인덕턴스 선택 회로(23)는 스위칭 계전기(9A)의 스위치(901)를 통해 전원(1)에 접속되며 코일(12)의 다른 단부(1203) 및 코일(12)의 n 개의 중간 탭에 접속된다. 전원(1), 코일(12), 구동 트랜지스터(7) 및 압전 트랜스포머(18)의 1차 전극(1801 및 1802)으로 구성된 제2 구동 회로부에 의해 압전 트랜스포머(18)가 구동될 때, 인덕턴스 선택 회로(23)는 n 개의 중간 탭들 중에서, 전원(1)의 전압과 1/3 분압 회로(15)의 출력 전압이 서로 일치하게 되는 인덕턴스값에 해당하는 하나의 중간 탭을 선택한다.
도 8에 도시한 구동 회로에 따르면, 압전 트랜스포머(18)가 도 4b의 (b)에 도시한 바와 같이 제로 전압 및 제로 전류 스위칭의 상태 하에서 구동될 수 있도록 인덕턴스값이 정밀하게 선택될 수 있다. 이에 의해, 제2 구동 회로부의 구동 효율이 더욱 향상된다. 아울러, 인덕턴스의 선택 범위가 보다 광범위해져, 동작 전압의 범위가 광범위해질 수 있다. 따라서, 구동 효율이 더욱 높아지고 광범위한 동작 전압을 얻을 수 있는 이점이 있다.
광 결합식 트랜지스터 스위치(91)가 도 7에 도시한 바와 같은 스위칭 계전기 및 조정 계전기에 대해 전자기 계전기(92)로 교체되는 경우에는, 스위치의 스위칭 용량이 커져, 전자기 계전기(92)는 큰 전류를 수신하는 압전 트랜스포머에 대처할 수 있다.
상술된 설명으로부터, 본 실시예의 압전 트랜스포머 구동 회로의 기본 동작이 다음과 같이 요약될 수 있다.
동작 개시 시, 압전 트랜스포머는 광범위한 동작 전압에서 동작하는 자동 트랜스포머(8)를 사용하는 제1 구동 회로부에 의해 임의의 전원 전압으로 구동된다. 전원이 낮은 경우, 회로의 승압비가 압전 트랜스포머(18)의 승압비만을 이용할 때에는는 충분하지 않으므로, 압전 트랜스포머(18)는 제1 구동 회로부에 의해 구동된다.
자동 트랜스포머의 권선비가 N으로 설정되는 경우, 제1 구동 회로부는 구동 회로의 스위치들에 발생된 전압 공진파에 대한 1차 승압을 행하여, 그것을 (N+1)배로 승압하여, 그 승압된 전압을 구동 파형으로서 발생시킨다. 이 전압 공진 파형의 진폭은 전원 전압에 거의 비례하므로, 저 전원 전압을 사용하여 고 전압을 발생시켜야 할 필요가 있을 때, 이러한 1차 승압은, 예를 들어 냉음극 형광관을 점등시키기 위해 필요하다. 구동 주파수를 제어하면, 압전 트랜스포머(18)의 주파수 특정을 이용하는 압전 트랜스포머(18)의 승압비를 저감시킬 수 있어, 전원 전압이 더 높아지더라도 일정한 출력 전압을 얻을 수 있다. 이로 인해, 제1 구동 회로부의 동작 전압의 범위가 더 넓어진다.
그러나, 자동 트랜스포머(8)는 자기 결합에 의해 승압되므로, 압전 트랜스포머는 자동 트랜스포머의 손실로 인해 고 효율로 구동될 수 없다. 따라서, 구동 회로의 스위치 전압 파형의 진폭이 감시되어 냉음극 형광관(2)을 점등하기 위한 1차 승압을 요하지 않는 전압 진폭이 발견되면, 제1 구동 회로부로부터 제2 구동 회로부로의 자동 스위칭이 행해진다.
제2 구동 회로부는 자동 트랜스포머(8) 대신에 코일(12)을 사용하므로, 제2 구동 회로부는 자기 결합으로 인해 손실이 적어, 압전 트랜스포머는 고 효율로 구동될 수 있다. 게다가, 제2 구동 회로부의 코일 인덕턴스를 복수의 단으로 형성할 수 있게 함으로써, 구동 효율이 보다 높은 구동 파형을 발생시키도록 최적의 인덕턴스를 선택할 수 있다.
상술한 바와 같이, 이 구동 회로는 다음의 구조를 가진다. 즉, 압전 트랜스포머(18)를 최대 승압비로 구동함에도 불구하고 점등할 수 없는 냉음극 형광관과 같은 부하를 구동할 수 없는 전압의 전원 전압이 제공되는 경우, 구동 회로는 1차 승압 기능을 포함하는 제1 구동 회로부에 의해 부하를 구동한다. 또한, 1차 승압없이도 점등할 수 있는 냉음극 형광관과 같은 부하를 구동할 수 있는 전압의 전원 전압이 제공되는 경우, 제2 구동 회로부는 고 효율 구동을 수행한다. 압전 트랜스포머(18)의 구동 회로의 스위칭 전압 진폭에 기초하여, 제1 구동 회로부와 제2 구동 회로부간의 선택 및 제2 구동 회로부의 인덕턴스의 선택이 자동적으로 수행된다.
본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였지만, 첨부된 청구항에 의해서 한정된 것처럼 본 발명의 기술 사상 및 기술 정신으로부터 이탈되지 않는 범위 내에서 다양하게 변형, 대체 및 교환될 수 있다는 것이 자명하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 압전 트랜스포머의 등가 입력 용량과 인덕턴스회로로 구성되며 전원 단자들 사이에 제공되는 직렬 회로와, 그의 주 전류 경로의 양 단자들이 상기 등가 입력 용량을 포함하는 상기 직렬 회로의 일부에 병렬로 접속되는 스위칭 트랜지스터를 포함하는 압전 트랜스포머 구동 회로를 제공하므로써, 냉음극 형광관 등의 부하를 가진 압전 트랜스포머를 구동시키는데 적합하고, 광범한 전원 전압에 대처할 수 있고 높은 동작 효율을 얻을 수 있다.

Claims (21)

  1. 압전 트랜스포머의 등가 입력 용량과 인덕턴스가 한쌍의 전원 단자 사이에 직렬로 제공되고 상기 등가 입력 용량을 포함하는 회로가 이 회로와 병렬로 제공되는 스위칭 트랜지스터의 주 전류 경로에 의해서 부분적으로 단락 회로화 되어 있는 압전 트랜스포머를 구동시키는 방법에 있어서,
    승압 구성의 제1 인덕턴스 소자와 비승압 구성의 제2 인덕턴스 소자를 상기 인덕턴스로서 준비하는 단계,
    스위칭 트랜지스터의 주 전류 경로를 통과하는 구동 파형의 진폭을 검출하는 단계, 및
    상기 구동 파형의 진폭이 소정의 임계값을 초과할 때에 상기 제1 인덕턴스 소자로부터 상기 제2 인덕턴스 소자로 상기 인덕턴스와의 상기 압전 트랜스포머의 접속을 스위칭하는 단계
    를 포함하는 압전 트랜스포머 구동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 파형의 진폭이 상기 소정의 임계값 이하가 될 때에 상기 제2 인덕턴스 소자로부터 상기 제1 인덕턴스 소자로 상기 인덕턴스와의 상기 압전 트랜스포머의 접속을 스위칭하는 단계를 더 포함하는 압전 트랜스포머 구동 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압전 트랜스포머의 부하는 냉음극 형광관인 압전 트랜스포머 구동 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동 파형의 진폭에 따라서 상기 제2 인덕턴스 소자의 인덕턴스 값을 조정하는 단계를 더 포함하는 압전 트랜스포머 구동 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 구동 파형의 진폭에 따라서 상기 제2 인덕턴스 소자의 인덕턴스 값을 조정하는 단계를 더 포함하는 압전 트랜스포머 구동 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 인덕턴스 값은 상기 구동 파형의 진폭의 피크값이 전원 전압의 약 3배 이상 높게 조정되어 있는 압전 트랜스포머 구동 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 스위칭 트랜지스터의 스위칭 사이클을 제어하는 것은 압전 트랜스포머의 출력 부하 전류를 검출하여 행해지는 압전 트랜스포머 구동 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 인덕턴스 소자의 인덕턴스 값은 상기 스위칭 트랜지스터의 단자간의 주 전류 경로의 구동 파형이 상기 스위칭 트랜지스터의 스위칭시에 제로 전압 상태 및 제로 전류 상태의 조건에 수렴하도록 전원 전압에 따라서 조정되는 압전 트랜스포머 구동 방법.
  9. 압전 트랜스포머의 등가 입력 용량과 인덕턴스가 한쌍의 전원 단자 사이에 직렬로 제공되고 상기 등가 입력 용량을 포함하는 회로가 이 회로와 병렬로 제공되는 스위칭 트랜지스터의 주 전류 경로에 의해서 부분적으로 단락 회로화된 압전 트랜스포머를 구동시키는 방법에 있어서,
    상기 스위칭 트랜지스터의 주 전류 경로의 단자들 간의 구동 파형을 검출하는 단계, 및
    상기 구동 파형이 상기 스위칭 트랜지스터의 스위칭시에 제로 전압 상태 및 제로 전류 상태의 조건에 수렴하도록 전원 전압에 따라서 상기 인덕턴스를 조정하는 단계
    를 포함하는 압전 트랜스포머 구동 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 구동 파형의 진폭이 검출되며, 상기 인덕턴스는 상기 진폭에 따라서 조정되는 압전 트랜스포머 구동 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 압전 트랜스포머의 출력 부하 전류가 검출되며, 상기 스위칭 트랜지스터의 스위칭 사이클은 상기 출력 부하 전류에 따라서 제어되는 압전 트랜스포머 구동 방법.
  12. 압전 트랜스포머의 등가 입력 용량과 인덕턴스가 한쌍의 전원 단자 사이에직렬로 제공되고 상기 등가 입력 용량을 포함하는 회로가 이 회로와 병렬로 제공되는 스위칭 트랜지스터의 주 전류 경로에 의해서 부분적으로 단락 회로화된 압전 트랜스포머를 구동시키는 방법에 있어서,
    승압 구성의 제1 인덕턴스 소자와 비승압 구성의 제2 인덕턴스 소자를 상기 인덕턴스로서 준비하는 단계, 및
    낮은 전원 전압으로 인한 압전 트랜스포머의 승압비의 부족으로 인하여 부하가 충분히 구동되지 못할 때에 상기 압전 트랜스포머가 상기 제1 인덕턴스 소자에 의해서 구동되고 상기 부하가 높은 전원 전압으로 인하여 충분히 구동될 때에는 상기 압전 트랜스포머가 제2 인덕턴스 소자에 의해서 구동되게 상기 제1 및 제2 인덕턴스 소자를 스위칭하는 단계
    를 포함하는 압전 트랜스포머 구동 방법.
  13. 압전 트랜스포머를 구동시키기 위한 구동 회로에 있어서,
    압전 트랜스포머의 등가 입력 용량과 인덕턴스 회로로 구성되며, 전원 단자들 사이에 제공되는 직렬 회로 - 상기 인덕턴스 회로는 승압 구성의 제1 인덕턴스 소자 및 비승압 구성의 제2 인덕턴스 소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 인덕턴스 소자는 교대로 선택될 수 있음-,
    그의 주 전류 경로의 양 단자들이 상기 등가 입력 용량을 포함하는 상기 직렬 회로의 일부에 병렬로 접속된 스위칭 트랜지스터,
    상기 스위칭 트랜지스터의 주 전류 경로의 단자들 간의 구동 파형의 진폭을검출하기 위한 진폭 검출 회로, 및
    상기 진폭이 소정의 임계값 이하 일때는 상기 제1 인덕턴스 소자를 선택하고 상기 진폭이 상기 소정의 임계값 이상 일때는 상기 제2 인덕턴스 소자를 선택하기 위한 인덕턴스 선택 회로
    를 포함하는 구동 회로.
  14. 제13항에 있어서, 상기 압전 트랜스포머의 부하는 냉음극 형광관인 구동 회로.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 인덕턴스 소자는 자동 트랜스포머이고, 상기 제2 인덕턴스 소자는 코일인 구동 회로.
  16. 제13항에 있어서, 상기 진폭에 따라서 상기 제2 인덕턴스 소자의 인덕턴스 값의 가변 제어를 행하기 위한 제어 회로를 더 포함하는 구동 회로.
  17. 제15항에 있어서, 상기 진폭에 따라서 상기 코일의 인덕턴스 값을 선택하기 위한 조정 회로를 더 포함하며, 상기 코일은 하나 혹은 그 이상의 중간 탭을 갖는 구동 회로.
  18. 제13항에 있어서, 상기 압전 트랜스포머의 부하 전류를 검출하기 위한 전류검출 회로, 및 상기 스위칭 트랜지스터가 스위칭 동작을 할 수 있도록 하는 전압 제어식 발진기를 더 포함하며, 상기 전압 제어식 발진 주파수는 상기 전류 검출 회로의 출력에 의해서 제어되는 구동 회로.
  19. 압전 트랜스포머를 구동시키기 위한 구동 회로에 있어서,
    압전 트랜스포머의 등가 입력 용량과 인덕턴스 회로로 구성되며, 전원 단자들 사이에 제공되는 직렬 회로,
    그의 주 전류 경로의 양 단자들이 상기 등가 입력 용량을 포함하는 상기 직렬 회로의 일부에 병렬로 접속된 스위칭 트랜지스터,
    상기 스위칭 트랜지스터의 주 전류 경로의 단자들 간의 구동 파형의 진폭을 검출하기 위한 진폭 검출 회로, 및
    상기 진폭 검출 회로에 의해서 검출된 진폭에 따라서 인덕턴스의 가변 제어를 행하기 위한 제어 회로
    를 포함하는 구동 회로.
  20. 제19항에 있어서, 상기 압전 트랜스포머의 부하 전류를 검출하기 위한 전류 검출 회로, 및 상기 스위칭 트랜지스터가 스위칭 동작을 할 수 있도록 하는 전압 제어식 발진기를 더 구비하며, 상기 전압 제어식 발진기의 발진 주파수는 상기 전류 검출 회로의 출력에 의해서 제어되는 구동 회로.
  21. 압전 트랜스포머를 구동시키기 위한 구동 회로에 있어서,
    압전 트랜스포머의 등가 입력 용량과 인덕턴스 회로로 구성되며, 전원 단자들 사이에 제공되는 직렬 회로 - 상기 인덕턴스 회로는 승압 구성의 제1 인덕턴스 소자 및 비승압 구성의 제2 인덕턴스 소자를 포함하고, 상기 제1 및 제2 인덕턴스 소자는 교대로 선택될 수 있음-,
    그의 주 전류 경로의 양 단자들이 상기 등가 입력 용량을 포함하는 상기 직렬 회로의 일부에 병렬로 접속된 스위칭 트랜지스터, 및
    낮은 전원 전압으로 인한 압전 트랜스포머의 승압비의 부족으로 인하여 부하가 충분히 구동되지 못할 때에 상기 제1 인덕턴스 소자를 선택하고, 상기 부하가 높은 전원 전압으로 인하여 충분히 구동될 때에는 상기 제2 인덕턴스 소자를 선택하기 위한 인덕턴스 선택 회로
    를 포함하는 구동 회로.
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