KR100380108B1 - 고전압 발생회로 및 그 제어방법 - Google Patents

고전압 발생회로 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

고전압 발생회로는 제 1인덕턴스를 갖는 변압기; 변압기의 1차 권선 측에 전압을 공급하는 전원장치; 전원장치로부터 변압기의 1차 권선을 통해 흐르는 전류를 제어하기 위한 스위칭 소자 및 스위칭 소자가 오프 되었을 때 변압기의 1차 권선에 있어서 공진 하는 공진 커패시터를 포함하며, 귀선 펄스를 발생시킨다. 회로는 분포 인덕턴스와 공진 커패시턴스를 포함한다. 스위칭 소자는 귀선 펄스가 발생된 이후, 변압기의 1차 권선과 연결된 회로에 포함된 커패시턴스를 갖고, 변압기의 1차 권선 인덕턴스의 공진에 의해 발생되는 휴지 링잉 펄스의 최하부 가까이서 스위치 온 되도록 제어된다.

Description

고전압 발생회로 및 그 제어방법{High voltage generation circuit and method for controlling thereof}
본 발명은 고전압 발생회로, 특히 CRT(cathode ray tube)나 그와 같은 것에 공급되는 고전압을 발생시키는 고전압 발생회로에 관련된 것이다.
도 1은 본 발명의 배경지식인 고전압 발생회로의 실시예를 나타낸 회로도이다. 고전압 발생회로(10)는 변압기(12)를 포함한다. 변압기(12)의 1차 권선은 다이오드(14)의 양극에 연결된다. 다이오드(14)의 음극은 스위칭 소자로써, FET(16)의 드레인(drain)에 연결된다. FET(16)의 소스(source)는 저항(18)에 연결된다. 저항(18)의 다른 쪽은 접지된다. 다이오드(20)는 다이오드(14)를 포함하는 직렬회로, FET(16) 및 저항(18)에 병렬연결된다. 다이오드(20)의 음극은 다이오드(14)의 다른 쪽에 연결된다. 다이오드(20)의 음극은 접지된다.
공진 커패시터(22)와 다이오드(24)를 포함하는 직렬회로는, 다이오드(20)에 병렬연결된다. 공진 커패시터(22)의 한쪽 끝은 다이오드(14)의 양극 쪽과 연결되고, 공진 커패시터(22)의 다른 한쪽 끝은 다이오드(24)의 음극과 연결된다. 다이오드(24)의 양극은 접지된다. 게다가, 공진 커패시터(22)와 다이오드(24) 사이의 노드는 다른 다이오드(26)의 양극에 연결된다. 다이오드(26)의 음극은 링잉 서프레션 회로(ringing suppression circuit;28)를 통해, 변압기(12)의 1차 권선에 연결된다. 링잉 서프레션 회로(28)는 커패시터(30), 저항(32) 및 인덕터(34)를 포함한다. 전원장치(+B)는 다이오드(26)와 링잉 서프레션 회로(28) 사이에 연결된다. 다이오드(26)와 링잉 서프레션 회로(28)사이의 노드는 커패시터(36)와 전해 커패시터(38)를 통해 접지된다.
온-오프 제어 신호는 PWM(pulse width modulation)제어 회로(40)에 의해 FET(16)의 게이트(gate)로 제공된다. 변압기(12)의 나눠진 제 2출력 전압으로 만들어지는 전압이 PWM제어 회로(40)에 입력된다. 이 전압과 수평 구동신호는 PWM제어 회로(40)에 입력된다. PWM제어 회로(40)는 FET(16)을 제어하는 제어신호를 발생한다. FET(16)과 저항(18)사이의 노드는 과전류가 회로에 흐르는 것을 발견하기 위해, PWM제어 회로(40)에 제공되는 보호회로(protection circuit)에 연결된다.
도 2는 고전압 발생회로(10)의 각 부분에서의 파형을 나타낸다. 도 2a, 도 2b 및 도 2c는 각각 FET(16)을 제어하는 신호와, 도 1에서의 점 A에서 전압 및 변압기(12)의 1차 권선을 통해 흐르는 전류의 파형도 이다. 첫째로, FET(16)이 t0에서 켜졌을 때, 전원장치(+B)로부터 다이오드(14), FET(16), 저항(18)을 통해 전류가 흐른다. 전자계 에너지는 전류에 의해 변압기(12)의 1차 권선에 저장된다.
FET(16)이 t1시점에서 꺼진다. 이때, 변압기(12)의 1차 권선으로부터 공진커패시터(22)와 다이오드(26)를 통해 전류가 흐르고, 변압기(12)의 1차 권선과 공진 커패시터(22)가 공진을 시작한다. 도 2b의 파형도에서 나타낸 것처럼, 귀선 펄스가 발생된다. 귀선 펄스는 모든 전자계 에너지가 변압기(12)에 저장될 때 최대 값이 되고, 공진 커패시터(22)의 정전기 에너지로 전환된다.
모든 전자계 에너지가 변압기(12)의 1차 권선에 저장되고 난 후, 커패시터(22)로 변환되고, 역전류는 다이오드(24), 공진 커패시터(22) 및 변압기(12)의 1차 권선을 통해 흐른다. 그래서, 공진 커패시터(22)의 정전기 에너지는 반대로 변압기(12)의 1차 권선의 전자계 에너지로 전환된다. 이때, 다이오드(14)는 FET(16)의 기생 커패시턴스에 저장된 전하가 1차 권선 쪽으로 흘러 나가는 것을 막아준다.
귀선 펄스가 끝마친 t2시점에서, 점 A의 전위는 '0'이 된다. 그리고, 다이오드(20)는 켜지고 다이오드(20)의 접지 측으로부터 변압기(12)의 1차 권선으로 전류가 흐른다. 전류는 점 A의 전압을 증가시킨다. 점 A의 전압은 t3시점에서의 전원장치(+B)의 전압과 같은 전위를 갖는다. 이때, 다이오드(20)는 꺼지고 전류는 '0'이 된다. 그래서, 전원장치(+B)로부터 공진 커패시터(22)로 흐르는 전류 흐름에 관해서는 공진 커패시터(22)의 양쪽 끝의 전위가 다이오드들(24, 26)을 포함하는 전류-방지 클램프 회로(current-blocking clamp circuit)에 의해 전원장치의 전압에 고정되어, 변압기(12)의 1차 권선으로부터 공진 커패시터(22)로 전류가 흐르지 않는다. 그러면, t4시점에서 FET(16)가 켜져 전원장치(+B)로부터 1차 권선 쪽으로 전류가 흐르고, 회로는 t0시점에서의 초기상태로 복귀한다. 이런 작동은 반복된다. 그래서, 회로 작동이 계속된다. 따라서, 귀선 펄스의 전압은 변압기(12)에 의해 증가되어 고전압이 2차 권선으로부터 출력된다.
FET(16)의 기생 커패시턴스와 같이, 회로 안에 포함된 커패시턴스는 전류가 '0'이 될 때 t3시점에서 존재한다. 따라서, 변압기(12)의 1차 권선에서 공진이 발생하고, 휴지 링잉 펄스가 t3에서 t4까지의 시간동안 발생한다. 링잉 서프레션 회로(28)는 링잉 진동 펄스를 억제하는데 사용된다.
고전압 발생회로(10)에서, Eb는 소스 전압이고, Ts는 귀선 펄스의 완료로부터 다음 귀선 펄스의 시작까지의 시간이고, Ipp는 FET(16)의 허용전류를 나타낼 때, 변압기(12)의 제 1인덕턴스 Lp는 LpEb·A ·Ts/Ipp의 조건을 만족하기 위해 설계된다. 종래에는, 그러한 고전압 발생회로는 전술한 조건이 만족될 만큼 설계되고, 필요 출력 전압(required output voltage)은 변압기(12)의 2차 권선으로부터 얻어질 수 있다.
그러나, 만약 도 3과 같이 휴지 링잉 펄스의 피크값 가까이서 FET이 켜지면, 휴지 링잉 펄스의 고전압은 순간적으로 없어진다. 그래서, 변압기(12)의 분포 커패시턴스와 그와 같은 것에 의해 결정되는 링잉이 발생되며, 오버슈트와 언더슈트가 발생되도록 변압기(12)의 1차 권선을 통해 전류가 흐른다. 그런 오버슈트와 언더슈트의 발생은 변압기(12)의 손실과 링잉 서프레션 회로에서 저항손실의 증가라는 문제를 야기한다.
따라서, 본 발명의 주요 목적은 스위칭 소자가 켜졌을 때 오버슈트와 언더슈트에 의한 손실을 줄일 수 있는 고전압 발생회로를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 배경지식인 고전압 발생회로의 실시예를 나타내는 회로도;
도 2a는 도 1의 FET를 제어하는 신호를 나타내고, 도 2b는 점 A에서의 전압을 나타내며, 도 2c는 도 1의 변압기의 1차 권선을 통해 흐르는 전류를 나타내는 그래프;
도 3은 FET가 휴지 링잉 펄스의 최상부 가까이서 켜졌을 때 1차 권선을 통해 흐르는 전류를 나타내는 파형도;
도 4는 변압기의 제 1인덕턴스가 변했을 때 휴지 링잉 펄스와 1차 권선을 통해 흐르는 전류와의 관계를 나타내는 파형도; 및
도 5는 FET가 휴지 링잉 펄스의 최하부 가까이서 켜졌을 때 1차 권선을 통해 흐르는 전류를 나타내는 파형도 이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
12: 변압기
14, 20, 24, 26: 다이오드
16: FET
18, 32: 저항
22: 공진 커패시터
28: 링잉 서프레션 회로
30, 36, 38: 커패시터
34: 인덕터
40: PWM제어 회로
본 발명에 따르면, 변압기, 변압기의 1차 권선에 전원을 공급하는 전원장치, 전원장치로부터 변압기의 1차 권선을 통해 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자 및 스위칭 소자가 오프 되었을 때 변압기의 1차 권선에 있어서 귀선 펄스를 발생시키기 위해 공진하는 공진 커패시터를 포함하는 고전압 발생회로를 제공하고, 스위칭 소자는 귀선 펄스가 발생된 이후 변압기의 1차 권선과 연결된 회로에 포함된 커패시턴스에서 변압기의 1차 권선의 인덕턴스의 공진에 의해 생성되는 휴지 링잉 펄스의 최하부 가까이 스위치 온 되도록 제어된다.
고전압 발생회로에서, 바람직하게는, 스위칭 소자의 제어는 변압기의 제 1인덕턴스, 분포 인덕턴스, 전원장치의 전압 및 공진 커패시턴스 중 적어도 하나를 조정하여 수행된다.
그래서, 고전압 발생회로의 스위칭 소자가 켜지는 타이밍은 휴지 링잉 펄스의 최하부 가까이서 발생되도록 제어되고, 휴지 링잉 펄스가 그것의 하위 전압부에서 끝난다. 따라서, 오버슈트와 언더슈트는 변압기의 1차 권선을 통해 흐르는 전류에서 발생되는 것이 억제되고, 변압기 및 링잉 서프레션 회로의 손실을 줄일 수 있다.
전술한 바와 같이, 변압기의 제 1인덕턴스와 분포 인덕턴스, 전원장치의 전압 및 공진 커패시턴스 그리고 그와 같은 것을 조절하여 만들어질 수 있는 휴지 링잉 펄스의 최하부 또는 그것의 주변과 일치시키기 위해 스위칭 소자의 켜지는 타이밍을 제어한다.
본 발명의 상기 설명과 다른 목적, 특징 및 이점은 다음의 첨부된 도면과 결부된 본 발명의 바람직한 실시형태의 상세한 설명으로부터 명확해 질 수 있다.
< 본 발명의 바람직한 실시형태 >
도 1의 고전압 발생회로(10)에서, 변압기(12)의 제 1인덕턴스 Lp는 PWM제어 시스템에서, Eb는 전원장치 전압, Ts는 귀선 펄스의 완료로부터 귀선 펄스의 시작까지의 시간이고, Ipp는 FET(16)의 허용전류를 나타낼 때, Ipp=Eb·A ·Ts/Lp의 조건식으로 나타내는 최대 제어 한계치를 갖는다. 그래서, 고전압 발생회로(10)가 PWM제어 시스템에서 조건식 LpEb·A ·Ts/Ipp을 만족시키기 위해 작동되도록 설계된다. 게다가, FET(16)이 스위치 온 하기 시작되는 시간은 변압기(12)의 제 1인덕턴스, 분포 인덕턴스, 전원 장치(+B)의 전압, 공진 커패시턴스와 그와 같은 것을 제어함으로, 휴지 링잉 펄스의 최하부와 실질적으로 일치되도록 결정할 수 있다.
예를 들어, 변압기(12)의 제 1인덕턴스는 변압기(12)의 턴수(number of turns)를 조절하여 제어할 수 있다. 변압기(12)의 제 1인덕턴스 Lp가 변했을 때 1차 권선을 통해 흐르는 전류가 기술될 것이다. FET(16)가 켜졌을 때 야기되는 전류 파형의 경사도는Ipp/t로 정의된다. 여기서, 허용전류 Ipp는 Ipp=Eb·At/Lp이다. 그래서, 변압기(12)의 1차 권선을 통해 흐르는 전류의 경사도는 Eb/Lp로 표현될 수 있다. 따라서, 변압기(12)의 제 1인덕턴스 Lp가, Lp1으로부터Lp2까지(Lp2>Lp1) 조정될 때, 전류 파형의 경사도는 감소된다. 따라서, FET(16)이 켜지는 시간이 좀 더 빨라질 수 있다. 전술한 바와 같이, 변압기(12)의 제 1인덕턴스 Lp를 조정함으로써 FET(16)의 켜지기 시작하는 시간이 제어될 수 있다. 그래서, FET(16)이 켜지기 시작하는 시간이 휴지 링잉 펄스의 최하부와 실질적으로 일치 되도록 만들 수 있다.
게다가, FET(16)의 시작시간은 변압기(12)의 1차 권선과 연결된 회로의 공진 커패시턴스를 조정함으로써, 휴지 링잉 펄스의 최하부와 실질적으로 일치하도록 제어될 수 있다. 그래서, FET(16)의 시작시간이 제어될 수 있고, 또는 휴지 링잉 펄스가 발생하는 시간이 제어 가능하다. 어느 방법이 사용되더라도, FET(16)의 시작시간은 휴지 링잉 펄스의 최하부와 실질적으로 일치하게 만들 수 있다.
전술한 것과 같이, 휴지 링잉 펄스의 최하부 근처에서 FET(16)를 킴으로 인해 전압이 낮은 상태에서 휴지 링잉 펄스가 끝날 수 있다. 그래서, 도 5에서와 같이 FET(16)이 켜졌을 때, 변압기(12)의 1차 권선을 통해 흐르는 전류의 파형에서 오버슈트 또는 언더슈트가 실질적으로 발생하지 않는다. 따라서, 오버슈트나 언더슈트에 의해 발생 가능한 변압기(12)및 링잉 서프레션 회로(28)의 손실이 억제될 수 있다. 게다가, 고전압 발생회로(10)의 모든 전력소비가 줄어들 수 있다. 이러한 효과는 다이오드들(24, 26)을 포함하는 클램핑 회로(clamping circuit)를 배제한 고전압 발생회로에서도 또한 갖게 될 수 있다.
비록, 본 발명의 특별한 실시형태에 대해서 전술하였지만, 다른 다양한 변형과 수정 및 사용은 관련 분야의 관련 기술에서 나타날 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상기의 특정 설명서에 의해서가 아니라, 하기의 특허청구범위에 의해서만 제한된다.
본 발명에 따른 고전압 발생회로에서, 변압기의 1차 권선을 통해 흐르는 전류의 오버슈트 또는 언더슈트가 억제될 수 있고, 그 때문에 변압기와 링잉 서프레션 회로의 손실을 줄일 수 있다. 따라서, 고전압 발생회로의 전력소비가 줄어들 수 있다.

Claims (4)

  1. 제 1인덕턴스를 갖는 1차 권선을 갖는 변압기;
    상기 변압기의 1차 권선에 전압을 공급하는 전원장치;
    상기 전원장치로부터 상기 변압기의 1차 권선을 통해 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자; 및
    상기 스위칭 소자가 오프 되었을 때, 귀선 펄스가 발생되도록 변압기의 1차 권선과 공진하는 공진 커패시터를 포함하고;
    상기 회로는 분포 인덕턴스와 공진 커패시턴스를 갖고,
    상기 스위칭 소자는 귀선 펄스가 발생된 이후에, 변압기의 1차 권선과 연결된 회로 안에 포함된 커패시턴스를 갖는 변압기의 제 1인덕턴스의 공진에 의해 생성되는 휴지 링잉 펄스의 최하부에 가깝게 스위치 온 시키기 위해 제어되는 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로.
  2. 제 1항에서 있어서, 상기 스위칭 소자의 제어는 상기 변압기의 제 1인덕턴스, 분포 인덕턴스, 전원장치의 전압 및 공진 커패시턴스 중 적어도 하나를 조정함에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로.
  3. 고전압 발생회로의 스위칭 소자의 온 타이밍(on-timing)제어 방법에 있어서, 상기 고전압 발생회로는
    제 1인덕턴스를 갖는 1차 권선을 갖는 변압기;
    상기 변압기의 1차 권선에 전압을 공급하는 전원장치;
    상기 전원장치로부터 상기 변압기의 1차 권선을 통해 흐르는 전류를 제어하는 스위칭 소자; 및
    상기 스위칭 소자가 오프 되었을 때 때, 귀선 펄스가 발생되도록 변압기의 1차 권선과 공진하는 공진 커패시터;를 포함하고,
    상기 회로는 분포 인덕턴스와 공진 커패시턴스를 갖고,
    상기 제어 방법은, 귀선 펄스가 발생된 이후에, 변압기의 1차 권선과 연결된 회로 안에 커패시턴스를 갖는 변압기의 제 1인덕턴스의 공진에 의해 발생되는 휴지 링잉 펄스의 밑바닥에 근접하게 스위치 온 시키기 위해 상기 스위칭 소자를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로의 스위칭 소자의 온 타이밍 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 스위칭 소자를 제어하는 단계는, 상기 변압기의 제 1 인덕턴스, 상기 분포 인덕턴스, 상기 전원장치의 전압 및 상기 공진 커패시턴스 중 적어도 하나를 조정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 발생회로의 스위칭 소자의 온 타이밍 제어 방법.
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