KR100455590B1 - 화상디스플레이장치 - Google Patents

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KR100455590B1
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데크레메르 알랭
도르메 쟝-끌로드
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 디바이스는 디바이스의 다른 소자들에 전원 전압들을 발생시키는 라인 출력 스테이지(35)와 연결된 비동기 자기-발진 스위칭 모드 전원(SMPS)을 포함하며, 스탠바이 상태는 라인 주사를 정지시킴으로써 얻어진다.
SMPS의 스위치(1)가 MOS-형 전계 효과 트랜지스터일 때, 밸러스트 인덕턴스(5)에 자기적으로 결합되는 권선(6)에 의해 턴-온 되고, 권선(6)은 스위치와 밸러스트 인덕턴스 사이의 접속점(50)에 접속된 하나의 단부를 갖고, 밸러스트 인덕턴스에 발생된 전압과 위상이 반대인 제어 전압을 다른 단부(51)에서 발생하고, 상기 제어 전압은 전계 효과 트랜지스터(1)의 게이트에 전달된다. 캐패시터(42)는 FET의 드레인-소스 경로에 분로(shunt)로서 배치되며 밸러스트 인덕턴스(5)와 함께 발진 회로를 만든다.
응용 : 텔레비전 세트들, 모니터들

Description

화상 디스플레이 장치{Picture display apparatus with a cathode ray tube and a self-oscillating switched-mode power supply}
본 발명은 음극선관을 갖는 화상 디스플레이 장치에 관한 것으로, 상기 장치는, 장치의 스탠바이 상태에서 활성을 유지하는 스탠바이 디바이스와, 라인 전압 정류(line voltage rectification)에 의해 얻어진 DC 전압원의 두 단자들 사이에 캐스케이드(cascade)로, 스위치, 밸러스트 인덕턴스, 및 라인 전압으로부터 절연되는 상기 디바이스의 다른 소자들에 전원 전압들을 발생시키는 라인 출력 스테이지의 공급 전류 경로를 구비하는 자기-발진 스위칭 모드 전원(SMPS)을 포함하며, 상기 스탠바이 상태는 라인 주사를 중단함으로써 얻어지고, 상기 SMPS는 항상 활성되어 스탠바이 디바이스에 전원을 공급하며, 도전(conductance) 및 비도전(non-conductance)의 연속하는 기간들을 갖는 SMPS 스위치는 스위치내의 전류를 측정하는 ON 및 OFF 스위칭 장치에 의해 각각의 도전 기간의 끝에서 비도전시키고, 측정된 전류가 소정의 값을 초과할 때 상기 스위치를 비도전시키는 동작을 제어한다.
본 발명은 특히, 텔레비전 및 모니터들의 분야에 응용될 수 있다.
SMPS는 미국 특허 제 4,788,591 호로부터 공지되어 있다. SMPS는 스위치내의 전류를 측정하고 측정된 전류가 소정의 값을 초과할 때 상기 스위치를 비도전시키는 동작을 제어하는 ON 및 OFF 스위칭 장치를 포함한다. 그러나, 도전 및 비도전의연속하는 기간들을 제어하는 어셈블리는 상대적으로 복잡하다.
본 발명의 목적은 비용 절감 및 높은 신뢰도 둘 모두로 제어가 얻어지는 방식으로 제어를 간단화하기 위한 것이다.
이 목적을 위해, MOS-형 전계 효과 트랜지스터인 스위치는 밸러스트 인덕턴스에 자기적으로 결합되는 권선에 의해 각각의 도전 기간의 시작에서 턴-온되고, 상기 권선은 스위치와 밸러스트 인덕턴스 사이의 접속점에 접속된 하나의 단부를 갖고, 다른 단부에서, 그 접속점에 대해서 밸러스트 인덕턴스에 발생된 전압과 위상이 반대인 제어 전압을 발생하며, 상기 제어 전압은 제 1 캐패시터를 통해 전계 효과 트랜지스터의 게이트에 전달되고, 제 2 캐패시터가 전계 효과 트랜지스터의 드레인-소스 경로에 분로(shunt)로서 배열된다.
전계 효과 트랜지스터에 접속된 DC 전압원의 단자는 제 1 단자로서 언급되며, ON 및 OFF 스위칭 장치는 바람직하게 MOS 트랜지스터의 게이트와 DC 전압원의 제 2 단자 사이에 접속되고, 라인 출력 스테이지와 제 2 단자 사이에 삽입되는 전류 측정 저항기를 포함하며, ON 및 OFF 스위칭 장치는 유리하게 MOS 트랜지스터의 게이트와 DC 전압원의 제 2 단자 사이에 메인 전류 경로와, 전류 측정 저항기와 병렬로 베이스-이미터 경로를 갖는 블록킹 트랜지스터(blocking transistor)에 의해 필수적으로 구성된다.
그러므로, ON 및 OFF 스위칭 장치 및 스위치를 도전시키는 수단은 간단한 방식으로 협력한다.
본 디바이스는 유리하게 라인 출력 스테이지의 전원 전압을 유지하는 단자와, 블록킹 트랜지스터의 베이스 사이에 접속된 제어 회로를 포함한다.
그러므로, ON 및 OFF 스위칭 장치 및 제어 회로는 간단한 방식으로 협력한다.
스탠바이 디바이스는 유리하게 밸러스트 인덕턴스에 자기적으로 결합되는 부가적 권선에 접속된 정류기 장치로부터 전원을 공급받는다.
이것은 스탠바이 기간들 동안 스탠바이 디바이스의 전원을 보장한다.
본 발명의 이들 및 다른 양상들은 이후 기재되는 실시예들로부터 분명해질 것이고, 이들을 참조함으로써 명백해질 것이다.
도 1은 음극선관과 라인 출력 스테이지, 스탠바이 디바이스와 자기-발진 스위칭 모드 전원(self-oscillating switched-mode power supply)(SMPS)을 갖는 화상 디스플레이 장치를 도시하는 도면.
도 2는 자기-발진 스위칭 모드 전원(SMPS)을 도시하는 도면.
도 3은 자기-발진 스위칭 모드 전원(SMPS)의 동작을 설명하는 곡선들을 도시하는 도면.
도 4는 자기-발진 스위칭 모드 전원(SMPS)을 제어하는데 적합한 제어 모듈을 도시하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
22 : 튜너 23 : IF 비디오 증폭기
24 : IF 오디오 증폭기 27 : 복조기
28 : 필드 주사 회로 30 : 편향 코일
32 : 음극선관 33 : 스피커
34 : 라인 편향 코일 35 : 라인 출력 스테이지
36 : 라인 주사 회로 38 : 자기-발진 스위칭 모드 전원
본 발명은 텔레비전 세트와 관련하여 기재될 것이지만, 어떤 다른 화상 디스플레이 장치, 예를 들어 모니터에도 응용될 수 있다.
도 1의 도면에 도시된 텔레비전 세트는, 예를 들어, 안테나(37)로부터 신호를 수신하고 그 주파수를 후속하는 IF 비디오 증폭기(23) 및 IF 오디오 증폭기(24)를 위해 의도된 중간 주파수들로 변환하는 튜너(22)를 포함한다. IF 오디오 증폭기(24)는 베이스밴드의 오디오 신호들을 오디오 출력 증폭기(27)에 공급하여 는 확성기(loudspeaker)(33)에 제공하는 복조기(29)에 선행된다. IF 비디오 증폭기(23)는 음극선관(32)의 전극들에 신호들을 공급하는 비디오 증폭기(26)에 베이스밴드의 비디오 신호를 공급하는 유닛(25)에 선행한다. 또한, 유닛(25)은, 상기 신호로부터, 라인 주사 회로(36) 및 필드 주사 회로(28)에 인가되는 동기 신호들을 추출한다. 필드 주사 회로(28)는 필드 편향 코일(30)에 전류를 공급한다. 라인 주사 회로(36)는 라인 편향 코일(34)에 전류를 공급하여, 접속부(31)를 통해 디스플레이관(display tube)의 스크린에 전력을 공급하기 위해 대략 25kV의 "초고압(extra-high tension)"(EHT)이라 언급되는 전압을 발생시키는 출력 스테이지(35)를 포함한다. 라인 출력 스테이지(35)는 전류 단자(43)에 의해 라인 전압에 접속될 수 있는 공지된 형태의 모듈(39)에 의해 DC-공급되고, 정류기 어셈블리 및 저장 캐패시터에 의해 필수적으로 구성되는 자기-발진 스위칭 모드 전원 회로(38)에 의해 접속부(49)를 통해 공급된다. 라인 전압으로부터 절연 되어야하는 다른 회로들(22 내지 29)은, 도면의 간소화를 위해, 도시되지 않은 접속부들을 통해 라인 출력 스테이지(35)로부터 공지된 방법으로 공급된다. 스위칭 모드 전원은 라인 주파수와 동기하지 않는다. 본 장치의 스탠바이 상태에서 활성을 유지하는 스탠바이 디바이스(48)는 SMPS(38)에 의해 직접 공급된다. 스탠바이 상태는 라인 주사 출력 스테이지(35)를 중단시킴으로서 얻어지며, 이는 라인 출력 스테이지(35)로부터의 회로들(22 내지 29)의 공급을 억제하고, SMPS(38)는 항상 활성되어 스탠바이 디바이스(48)에 공급한다.
도 2의 SMPS는 도 1의 SMPS(38)에 대응한다. 도 1의 DC 전압원(39)은 라인 전압이 220V인 경우 정류기 브리지에 의해 얻어지거나, 110V인 경우 더블러(doubler)에 의해 얻어지는 약 300V 전압(Vs)을 제공한다. 이 전압은 제 1 단자(20)와 예를 들어 단자(20)에서 포지티브 폴(positive pole)을 갖는 제 2 단자(21) 사이에 인가된다. 이후 언급되는 반도체들의 극성 형태들은 이러한 극성으로부터 유도된다.
전원은, N-채널, 증가형(enhancement-mode) MOS 전계 효과 트랜지스터로 구성되는 스위치(1)와, 전원 전류 경로가 단자(21)에서 종료하는 라인 출력 스테이지(35)의 전원 입력에 접속된 밸러스트 인덕턴스(5)를, 단자(20)로부터 캐스케이드(cascade)로 포함한다. 라인 출력 스테이지(35)는 저장 캐패시터(4)에 의해 분로(shunt)되고, 권선(5)과 캐스케이드로 라인 출력 스테이지를 구성하는 어셈블리는 리커버리 다이오드(recovery diode)(2)에 의해 분로된다. 앞서 언급된 소자들(1, 5, 4, 2, 35)의 동작은 이미 공지되어 있다. 라인 출력 스테이지(35)에 공급된 전원 전압은 예를 들어, 100V이다.
SMPS를 위한 스위치, 즉 트랜지스터(1)는 도전 및 비도전의 연속하는 기간들을 갖는다. 비도전시키는 동작은 전류를 측정하여 측정된 전류가 소정의 값을 초과할 때 트랜지스터(1)의 ON 및 OFF 스위칭을 제어하는 ON 및 OFF 스위칭 장치에 의해 제어된다. 이러한 장치는 MOS 트랜지스터(1)의 게이트와 DC 전압원의 제 2 단자(21) 사이의 메인 전류 경로를 저항기(13)와 직렬로 갖고, 라인 출력 스테이지(35)와 제 2 단자(21) 사이에 삽입된 전류 측정 저항기(8)에 접속된 베이스 이미터 경로를 갖는 블록킹 트랜지스터라고 불리는 NPN 형의 트랜지스터(10)로 필수적으로 구성된다. 이러한 저항기를 통해 흐르는 전류는 실질적으로 트랜지스터(1)를 통해 흐르는 전류와 동일하다. 저항기(8)의 전류에 의해서 발생되는 전압은 저항기(7)를 통해 트랜지스터(10)의 베이스(53)에 전달된다.
밸러스트 인덕턴스에 자기적으로 결합된 권선(6)의 한 단부는 트랜지스터(1)와 인덕턴스(5) 사이의 포인트(50)에 접속된다. 이러한 권선은 다른 단부(51)와 포인트(50) 사이에서, 밸러스트 인덕턴스에서 발생된 전압, 즉, 포인트(49)와 포인트(50) 사이의 전압과 위상이 반대인 제어 전압을 발생하는 방식으로 감겨진다. 그 단부(51)는 제 1 캐패시터(12)를 통해 저항기(11)와 직렬로 전계 효과 트랜지스터의 게이트에 접속된다. 제 2 캐패시터 (42)가 전계 효과 트랜지스터의 드레인-소스 경로에 분로(shunt)로서 배열된다.
도 1에 도시된 스탠바이 디바이스(48)는 밸러스트 인덕턴스(5)에 자기적으로 결합된 부가적 권선(46)에 접속된 다이오드(45) 및 저장 캐패시터(47)를 구성하는 정류기 장치(rectifier arrangement)로부터 SMPS의 단자(44)에 의해 제공된다.
이러한 어셈블리의 동작은 도 3의 특성 곡선들과 도 2의 도면을 참조하여 설명될 것이다. 트랜지스터(1)가 턴-온(turn on)된다고 가정한다. 도 3의 참조 번호(16)로 표시된 도 2의 포인트(50)에서의 전압은 300V이다. 만일, 트랜지스터(1)의 단자들에서의 전압을 무시하면, 단자(49)는 단자(50)에 대해 100 - 300 = -200V이다. 권선들(5 및 6)이 변압기로서 동작할 때, 포지티브 전압은 포인트(50)에 대해 포인트(51)에서 발생된다. 캐패시터(12)와 저항기(11)에 의해 트랜지스터(1)의 게이트에 전달되는 이러한 전압은 트랜지스터를 도전 상태를 유지한다. 참조 번호(19)로 표시된 이러한 인덕턴스(5)내의 전류로 고정되고, 트랜지스터(1)와 저항(8)내에 흐르는 포인트(50)와 포인트(49) 사이의 인덕턴스(5)의 단자들에서의 전압은 대략적으로 선형 성장(linear growth)한다. 예를 들어, 저항기(8)가 0.56 옴(ohm)의 값을 갖는다고 가정하자. 전류가 대략 1.8 암페어에 도달할 때, 저항기(7)를 통해 트랜지스터(10)를 도전시키는 1볼트 전압을 전개할 것이다. 저항기(13)의 낮은 단부는 거의 0 볼트로 감소한다. 트랜지스터(1)의 게이트에 인가된 전압은 캐패시터(12)의 좌측 플레이트의 전압이지만, 저항기들(11 및 13)의 디바이더 브리지 효과(divider bridge effect)에 의해 감소된다. 트랜지스터(1)는 비도전 상태로 된다. 이 순간, 한 번에 없어질 수는 없는 인덕턴스(5)내의 전류는 도전 상태로 되는 리커버리 다이오드(2)를 통해 종료한다. 그러므로, 포인트(50)에서의 전압은 대략 -0.8V로 감소한다. 그러므로, 단자(49)와 단자(50) 사이에 대략 101V가 존재한다. 권선들(5 및 6)이 항상 변압기로서 동작할 때, 네가티브 전압은 포인트(50)에 대해 포인트(51)에서 발생된다. 트랜지스터(1)의 게이트에 전달된 전압은 ON 및 OFF 스위칭 동작을 확실하게 하고 강화시킨다. 전류가 더 이상 저항기(8)에 흐르지 않을 때, 트랜지스터(10)는 다시 비도전 상태로 되고, 전압은 그 콜렉터에서 다시 증가되지만, 권선(6)에 의해 인가된 전압의 결과로서, 이는 트랜지스터(1)를 도전시키지 못한다. 이러한 예로부터, 참조 부호(14)로 표시된 전류는 대략 선형 방식으로 감소한다. 전류가 영이 될 때, 캐패시터(42)는 인덕턴스(5)와 함께 공진을 시작할 것이고, 이는 자유 발진(free oscillation)을 트리거한다. 참조 번호(15)는 이러한 발진이 지속될 수 있으면 어떻게 보이는지를 도시한다. 그러나, 포인트(50)에서의 전압이 100V를 초과할 때, 즉 포인트(49)에서의 전압보다 더 높아질 경우, 포지티브 전압이 다시 포인트(51)에서 유도될 것이고, 그 전압은 트랜지스터(1)의 게이트에 전달되어 트랜지스터를 도전시킨다. 이때, 발진(15)은 중지되고, 포인트(50)에서의 전압은 18로 표시된 바와 같이 300V까지 증가한다.
제어 회로(41)는 라인 출력 스테이지의 전원 전압을 갖는 단자(49)와 ON 및 OFF 스위칭 트랜지스터(10)의 베이스(53)에 대한 접속부 사이에 접속된다. 공지된 형태이며 제너 다이오드의 전압과 전원 전압의 일부(fraction) 사이의 비교에 기초한 상기 회로는 도 4에 도시된다. 그것은 단자(49)와 접지 사이에, 두 캐스케이드 장치들을 포함하는데, 즉, 제너 다이오드(58) 및 저항기(57)와, 제어 가능 저항기(55) 및 저항기(56)를 포함한다. 첫 번째로 언급된 캐스케이드 장치의 접합점은 PNP-형 트랜지스터(54)의 에미터에 접속되며, 두 번째로 언급된 캐스케이드 장치의 접합점은 상기 트랜지스터의 베이스에 접속되며, 그 콜렉터가 저항기(59)를 통해 도 2의 트랜지스터(10)의 베이스(53)에 접속된다. 제너 다이오드가 예를 들어, 5V 모델용인 경우에, 트랜지스터(54)의 에미터 전압은 도 2의 트랜지스터(10)의 베이스 전압보다 높은 약 95V 정도이다. 그러므로, 트랜지스터(54)는 저항기(7)에 DC 전압을 부가하며, 그 DC 전압은 트랜지스터(10)의 트리거링 임계값(triggering threshold)을 시프트(shift)한다.
만족할 만한 실시예에 있어서, 전원은 다음의 필수적 구성 요소들을 포함한다.
- 트랜지스터 (1)=BUK444, 트랜지스터 (10)=BF487, 트랜지스터(54)=BF423,
- 다이오드(2)=BYD34, 제너 다이오드(58)=BZX79-C5V6
- 캐패시터(42)=330pF, 캐패시터(12)=33nF,
- 저항(11)=1.8kΩ, 저항(13)=6.8kΩ, 저항(8)=0.56Ω , 저항(7)=330Ω,
저항(57)=33kΩ, 저항(55)=10kΩ, 저항(56)=100kΩ, 저항(59)=10kΩ
라인 출력 스테이지(35)는 모듈(35)이 전압을 도 1의 다른 소자들(22 내지 28)에 더 이상 공급하지 않는 방식으로, 본 디바이스가 스탠바이 상태에 있고, 라인 출력 스테이지가 아무 전류도 거의 소비하지 않는 효과를 갖는 본 발명의 일부를 형성하지 않는 공지된 수단에 의해 비활성화(desactivated)될 수 있다. 문제의 공지된 수단은 예를 들어, 라인 출력 스테이지의 신호 접속에 삽입된 옵토커플러(optocoupler)에 의해, 상기 신호를 방해하고 주사를 중단하는 사용자를 위한 제어를 구성할 수 있다. 이때, 전원의 전류들은 매우 작지만, 제어 회로(41)는 100V의 전압을 유지하고, 300V의 전압이 또한 항상 존재하므로, 인덕턴스(5)의 단자들에서의 전압은 변하지 않은 채로 있으며, 그로 인해, 권선(46)의 단자들에서의 전압 또한 변하지 않으며, 스탠바이 디바이스(58)에는 항상 동일한 전압이 공급된다.

Claims (5)

  1. 화상 디스플레이 장치로서,
    - 음극선관(cathode ray tube)과,
    - 라인 전압 정류(line voltage rectification)에 의해 얻어지고, 제 1 단자와 제 2 단자 사이에 DC 전압을 공급하기 위한 DC 전압원과,
    - 상기 장치의 스탠바이 상태(standby state)에서 활성(active)으로 유지하는 스탠바이 디바이스와,
    - 상기 DC 전압원의 상기 제 1 및 제 2 단자들에 접속된 자기-발진 스위칭-모드 전원(self-oscillating switched-mode power supply)으로서,
    a) 상기 제 1 단자에 결합된 입력을 갖는 스위치로서, 게이트, 드레인 및 소스 단자를 갖는 MOS-형 전계 효과 트랜지스터인 상기 스위치,
    b) 상기 스위치의 출력에 결합된 제 1 단부를 갖는 밸러스트 인덕턴스(ballast inductance),
    c) 상기 밸러스트 인덕턴스의 제 2 단부에 결합된 제 1 단자와, 상기 DC 전압원의 상기 제 2 단자에 결합된 제 2 단자를 갖는 라인-주사 회로의 출력 스테이지로서, 상기 자기-발진 스위칭-모드 전원에 의해 공급되는 상기 출력 스테이지를 포함하는, 상기 자기-발진 스위칭-모드 전원과,
    - 상기 스위치를 ON 및 OFF 스위칭하는 장치로서, 상기 스탠바이 상태는 상기 라인 출력 스테이지를 비활성화하여 얻어지고, 상기 스위칭 모드 전원은 항상활성화되어 상기 스탠바이 디바이스에 전력을 공급하며,
    a) 상기 밸러스트 인덕턴스에 자기적으로 결합된 권선으로서, 상기 스위치와 상기 밸러스트 인덕턴스 사이의 접속점에 접속된 제 1 단부를 갖고, 상기 접속점에 대해서, 상기 밸러스트 인덕턴스에서 발생된 전압과 위상이 반대인 제어 전압을 상기 권선의 제 2 단부에서 발생시키는, 상기 권선과,
    상기 권선의 상기 제 2 단부를 상기 전계-효과 트랜지스터의 게이트에 결합하여, 각각의 도전 기간 동안 상기 스위치를 도전 상태(conductive)로 유지하고, 각각의 비도전 기간 동안 상기 스위치를 비도전 상태(non-conductive)로 유지하기 위해 상기 게이트에 상기 제어 전압을 인가하기 위한 제 1 캐패시터와,
    c) 상기 전계-효과 트랜지스터의 상기 드레인-소스 경로 양단의 분로(shunt)로서 배열되고, 상기 권선의 인덕턴스로 자유-발진(free-oscillation)을 발생시켜, 비도전의 주어진 지연 이후에 상기 스위치를 도전 상태로 되게 하는 제 2 캐패시터와,
    d) 상기 스위치를 통한 전류를 측정하고, 상기 측정된 전류가 각각의 도전기간 끝에서, 소정의 값을 초과할 때 상기 스위치를 턴-오프하기 위한 수단을 구비하는 상기 ON 및 OFF 스위칭 장치를 포함하는, 화상 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 측정 및 스위치 턴-오프 수단은 상기 스위치의 메인 전류 경로에 접속된 전류 측정 저항기와, 상기 전류 측정 저항기 양단의 전압이 소정의 값을 초과할 때 상기 DC 전압원의 제 2 단자에 상기 전계-효과 트랜지스터의 게이트를 단락(shorting)시키기 위한 회로를 포함하는, 화상 디스플레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 단락 회로는 상기 전계 효과 트랜지스터의 게이트와 상기 DC 전압원의 제 2 단자 사이의 저항기와 직렬로 배열된 메인 전류 경로와, 상기 전류-측정 저항기에 결합된 베이스-에미터 경로를 갖는 블록킹 트랜지스터(blocking transistor)를 포함하는, 화상 디스플레이 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 라인 출력 스테이지에 전원 전압을 전달하는 단자와 상기 블록킹 트랜지스터의 베이스 사이에 접속된 제어 회로를 더 포함하는 화상 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스탠바이 디바이스는 상기 밸러스트 인턱턴스에 자기적으로 결합되는 부가적인 권선에 접속된 정류기 장치(rectifier arrangement)로부터 공급되는, 화상 디스플레이 장치.
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