KR100523378B1

KR100523378B1 - 피디피용 전원공급장치

Info

Publication number: KR100523378B1
Application number: KR1020050040994A
Authority: KR
Inventors: 마일진
Original assignee: (주)대길엔지니어링
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2005-10-24

Abstract

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, 이하 PDP라 함)의 전원공급장치에 관한 것으로, 서스테인 전압 공급용 직류-직류 변환기는 변압기 및 상기 변압기의 2차측 코일에 연결되고 다이오드 및 커패시터를 구비한 제1정류부를 포함하는 절연형 PWM 변환기이고, 상기 어드레스 전압 공급용 직류-직류 변환기는 상기 서스테인 전압 공급용 절연형 PWM 변환기의 변압기 2차측 코일에 연결되고 다이오드 및 커패시터를 구비한 제2정류부에서 출력되는 출력전압을 입력전압으로 이용하는 PWM 변환기인 것을 특징으로 하는 PDP용 전원공급장치이다.

특히, 상기 서스테인 전압 공급용 직류-직류 변환기는 하프-브리지 변환기이며, 상기 제2정류부는 상기 변압기의 2차측에 추가된 별도의 코일에 연결되고, 상기 어드레스 전압 공급용 PWM 변환기는 승압형 변환기(Boost Converter)로서 N채널의 MOSFET이 스위칭소자로 사용된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 부품수를 줄이고 부품이 차지하는 공간을 절약할 수 있으며 제조원가를 절감할 수 있으며 또한 스위칭소자의 효율을 증대시킬 수 있는 PDP용 전원공급장치를 제공한다.

Description

피디피용 전원공급장치{POWER SUPPLY UNIT FOR PLASMA DISPLAY PANEL}

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, 이하 PDP라 함)의 전원공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 어드레스 전압(Va) 공급용 직류-직류 변환기(DC-DC Converter)에서 변압기를 제거하고 서스테인 전안(Vs) 공급용 직류-직류 변환기의 변압기의 2차측에서 정류/평활된 직류전압을 어드레스 전압(Va) 공급용 직류-직류 변환기의 입력전압으로 이용하는 것을 특징으로 하는 PDP용 전압공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 PDP는 페닝(penning) 가스를 방전 현상에 이용한 평판 표시 장치로서, 비교적 높은 압력의 네온(Ne) 또는 헬륨(He) 가스 등을 베이스 기체로 하여 유전체로 피복된 좁은 전극 간에 발생시킨 방전에 의한 발광 형상을 이용한 표시 장치이다. PDP는 지금까지 표시수단의 주종을 이루어왔던 음극선관에 비해 두께가 얇고 가벼우며 고선명 대형화면의 구현이 가능하다는 장점이 있다.

이와 같은 PDP는 플라즈마 방전에 필요한 고전압(Vs, Va, Vset, Vy 등)을 공급하고, 이미지 프로세싱부, 팬, 오디오 등에 저전압을 공급하기 위하여 다양한 전압을 발생시키는 다수의 직류-직류 변환기를 포함하여 이루어진다.

도1은 종래 PDP용 전압공급장치의 일예를 도시를 블록도이다. 이를 참조하면,

교류전원(1)을 입력받은 PFC(Power Factor Compensation)(2)는 셋업 또는 부스트업 방식으로 구동되어 100V 또는 220V의 교류전압을 직류(DC) 370V~380V의 일정한 전압으로 출력한다.

상기 PFC(2)의 출력전압은 고전압을 공급하는 다수의 직류-직류 변환기(3~6)와, 저전압을 공급하는 다수의 직류-직류 변환기(7)로 입력된다. 도면은 저전압을 공급하는 다수의 직류-직류 변환기를 하나의 Multi로 표시하였다. 이들 다수의 변환기로부터 출력되는 전압은 PDP모듈(8)로 입력되어 PDP장치를 구동시키게 된다.

도2는 본 발명과 관련된 종래의 서스테인 전압(Vs) 공급용 및 어드레스 전압(Va) 공급용 직류-직류 변환기의 회로도이다. 도면에서 보는 바와 같이 서스테인 전압 공급용 직류-직류 변환기(도2a) 및 어드레스 전압 공급용 직류-직류 변환기(도2b)는 입력과 출력사이에 전기적인 절연을 위해 변압기(T1,T2)가 사용된 절연형 PWM 변환기로서 하프-브리지(Half-bridge) 컨버터 및 플라이백(Flyback) 컨버터이다.

상기 하프-브리지 컨버터는 스위칭 소자(Q1,Q2)에 가해지는 전압 스트레스가 입력전압의 크기와 같고 각각의 스위치 구동파형이 반파 대칭인 형태를 갖기 때문에 주로 대용량 컨버터에 적합한 구조로 폭넓게 활용되고, 상기 플라이백 컨버터는 입출력이 절연되고 가장 부품수가 적은 회로라서 많이 사용되는 변환기이다.

작동원리를 간단히 보면, 우선 PFC의 입력전압을 두개의 커패시터(C1,C2)를 이용하여 분압한 후, PWM Controller(Pulse Wide Modulation:펄스폭 변조 제어기)에 의해 시비율(Duty Ratio)이 조정되는 두 스위칭소자(Q1,Q2)를 교대로 스위칭하여 변압기(T1)의 2차측으로 구형파 형태의 교류전압을 전달하고, 전달된 교류전압을 다이오드(D1,D2)를 통하여 정류한 후, 이를 다시 커패시터(C3)로 평활하여 직류전압(Vs)을 얻게 되고, 피드백회로는 출력전압(Vs)을 안정화시키게 된다. 스위칭에 쓰이는 트랜지스터는 최근에는 대전력용의 MOSFET(산화물 반도체 전계효과 트랜지스터)가 주로 사용된다. 전술한 작동원리는 하프-브리지에 대한 설명이나, 플라이백도 크게 다를 바 없다.

상기와 같이 서스테인 전압(Vs) 공급용 직류-직류 변환기 및 어드레스 전압(Va) 공급용 직류-직류 변환기가 각각 PFC로부터 직류 입력전압을 공급받는 방식은 각 변환기마다 변압기(T1,T2)가 필요하고 스위칭소자(Q1,Q2,Q3)에 걸리는 내압이 높아 제조비용 증가, 부품이 차지하는 공간의 증대, 낮은 효율, 스위칭소자의 스트레스 증가 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 어드레스 전압(Va) 공급용 직류-직류 변환기의 입력전압을 PFC가 아닌 서스테인 전압(Vs) 공급용 직류-직류 변환기의 변압기의 2차측에서 평활되어 출력되는 직류전압으로 하여,

어드레스 전압(Va) 공급용 직류-직류 변환기에 있어서, 제조원가 및 내장 공간의 가장 큰 부분을 차지하는 변압기를 사용하지 않고, 스위칭 소자에 걸리는 내압을 줄여 효율을 높이고 스위칭소자를 저가의 제품으로도 구현이 가능하도록 하며, 오차증폭부와 포토커플러로 구성되는 피드백회로에서 포토커플러의 생략이 가능하도록 하여 제조원가의 절감, 공간절약 및 스위칭 소자의 효율증대의 효과가 있는 PDP용 전원공급장치를 제공하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 PDP용 전원공급장치는,

다양한 전압을 공급하기 위하여 서스테인 전압 및 어드레스 전압 공급용 직류-직류 변환기를 포함하여 다수의 직류-직류 변환기를 구비한 PDP용 전원공급장치에 있어서,

상기 서스테인 전압 공급용 직류-직류 변환기는 변압기 및 상기 변압기의 2차측 코일에 연결되고 다이오드 및 커패시터를 구비한 제1정류부를 포함하는 절연형 PWM 변환기이고,

상기 어드레스 전압 공급용 직류-직류 변환기는 상기 서스테인 전압 공급용 절연형 PWM 변환기의 변압기 2차측 코일에 연결되고 다이오드 및 커패시터를 구비한 제2정류부에서 출력되는 출력전압을 입력전압으로 이용하는 PWM 변환기인 것을 특징으로 하는 PDP용 전원공급장치이다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도3 내지 도6은 본 발명에 따른 다양한 실시예들을 도시한 것으로, 서스테인 전압 공급용 직류-직류 변환기는 하프-브리지 변환기(100)이며 어드레스 전압 공급용 직류-직류 변환기로 도3 내지 도5는 강압형 변환기(Buck Converter)(200a)를 사용하고 도6은 승압형 변환기(Boost Converter)(200b)를 사용하였다. 참고로, 각 도면에서 대응하는 소자에 대한 도면부호는 일치시키는 것을 원칙으로 하였다.

우선, 이들의 동작을 간단히 서술하면, PFC로부터 입력된 370~380V의 직류전압은 PWM Controller에 의해 제어되는 스위칭소자(Q1,Q2)에 의해 구형파의 교류로 변환되어 변압기(T1)의 1차측 코일에 입력되고, 변압기(T1)의 2차측에 전송된 교류전압은 제1정류부(10)의 다이오드(D1,D2)를 통해 정류된 후 커패시터(C3)를 통해 평활화되어 210V의 서스테인 전압(Vs)으로 출력되고 제2정류부(20)의 다이오드(D3,D4) 및 커패시터(C4)를 통해 평활화되어 어드레스 전압(Va) 공급용 PWM 변환기(200)로 입력된다. 그리고 어드레스 전압(Va) 공급용 PWM 변환기(200)는 스위칭소자(Q3)가 도통하면 입력으로부터 인덕터(L1)에 에너지가 축적되고 스위칭소자(Q3)가 단락되면 인덕터(L1)에 축적되었던 에너지가 부하에 방출되어 이러한 동작이 일정한 주기를 가지고 반복되면서 입력전압을 승압 또는 강압하여 70V의 어드레스 전압(Va)을 출력하게 된다.

도면은 절연형 PWM 변환기(100)로서 하프-브리지 컨버터(100)를 도시하였다. 물론 플라이백(Flyback), 포워드(Forward), 풀-브리지(Full-bridge) 등의 컨버터를 사용하는 것도 가능하나, 대전력에 적합하고 스위칭소자의 스트레스가 적으며 입출력전압이 안정적인 하프-브리지 컨버터가 바람직하다. 또한 정류부(10,20)의 다이오드(D1~D4)는 전파정류가 바람직할 것이며 도면과 같이 중간탭 정류로 하거나 4개의 다이오드를 이용한 하프-브리지 정류도 가능한데 중갑탭은 변압기(T1)의 권선을 두 배로 하여야하고 하프-브리지는 다이오드가 두 배로 필요하다는 장단점을 가지므로 적절하게 선택하면 될 것이다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 도면과 같이 살펴본다.

도3은 제1정류부(10)와 제2정류부(20)가 서로 공유되는 경우이고, 어드레스 전압(Va)을 얻기 위해 벅 컨버터(Buck Converter)(200a)가 사용되고 스위칭소자(Q3a)로는 드레인이 정류부(10,20)에 연결된 MOSFET(Q3a)이 사용되었다. 이 경우는 정류부(10,20)를 공유하므로 다이오드(D1,D2) 및 커패시터(C3)가 절감되는 장점을 갖으나, 상기 벅 컨버터(200)의 입력전압이 서스테인 전압(Vs)과 같은 210V의 고전압이 되어 고압의 스위칭을 위해 고압 MOSFET(Q3a)을 사용하여야 하며 상기 벅 컨버터(200a)의 입력전압(210V)과 출력전압(70V)의 차가 커 대형의 인덕터(L1)가 필요하다는 단점을 갖는다.

도4 및 도5는 벅 컨버터(200a)의 입력전압을 저압으로 하기 위해 상기 변압기(T1)의 2차측에 별도의 코일을 추가하고 이에 제2정류부(20)를 연결한 것으로, 스위칭소자(Q3)로 도4는 드레인이 상기 제2정류부에 연결된 N-채널의 MOSFET(Q3a)이 사용되고 도5는 소스가 상기 제2정류부에 연결된 P-채널의 MOSFET(Q3b)이 사용되었다. 이와 같이 상기 제2정류부(20)에서 출력되어 상기 벅 컨버터(200a)로 입력되는 전압(80V)이 저압이 되어 상기 MOSFET(Q3)의 내압이 감소하며, 상기 벅 컨버터(200a)의 입력전압(80V)과 출력전압(70V)의 차가 적어 소형의 인덕터(L1)로도 충분한 장점이 있다. 특히, N-채널의 MOSFET(Q3a)을 사용한 도4의 벅 컨버터(200a)는 상기 MOSFET(Q3a)의 소스측에 +전위를 만들기 위해 Boot strap 회로 또는 별도의 보조전원이 필요하나 P-채널의 MOSFET(Q3b)을 사용한 도5의 벅 컨버터(200a)에서와 같이 게이트-소스간 전압제한 회로가 필요 없고 Cgs의 방전이 어려워 Off time이 길어짐에 따른 스위칭 손실이 거의 없다는 장점을 갖는다.

도6은 상기 변압기(T1)의 2차측에 별도의 코일을 추가하고 이에 제2정류부(20)를 연결하고 상기 제2정류부(20)에 N-채널의 MOSFET(Q3a)이 사용된 부스트 컨버터(200b)를 연결한 것이다. 이와 같이 부스트 컨버터(200b)를 사용할 경우 상기 제2정류부(20)는 50V만 출력하면 되어 상기 제2정류부(20)의 다이오드(D3,D4)로 효율이 우수한 쇼키(Schottky) 다이오드의 적용이 가능하며 또한 Lead type의 다이오드를 사용할 수 있는 장점을 가지며 상기 부스트 컨버터(200b)의 입력전압(50V)과 출력전압(70V)의 차가 적어 소형의 인덕터(L1)로도 충분한 장점을 갖는다.

상기한 바와 같이 본 발명은 종래의 PDP용 전원공급장치와 달리 어드레스 전압 공급용 PWM 변환기에 변압기를 사용하지 않음으로 해서 제조비용의 절감 및 공간절약(전원공급장치의 소형화)의 효과가 있을 뿐만 아니라,

어드레스 전압 공급용 PWM 변환기의 입력전압을 저전압으로 하여 스위칭소자에 걸리는 내압을 감소시켜 효율을 증대시키고 저가의 스위칭소자를 사용할 수 있어 제조비용이 절감되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 구조를 갖는 PDP용 전원공급장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1 은 종래 PDP용 전원공급장치의 개략적은 블록도.

도 2 는 종래 서스테인 및 어드레스 전압 공급용 PWM 변환기의 회로도.

도 3 내지 도 6 은 본 발명에 따른 다양한 실시예를 도시한 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제1정류부 20 : 제2정류부

100 : 서스테인 전압 공급용 PWM 변환기

200 : 어드레스 전압 공급용 PWM 변환기

C : 커패시터 D : 다이오드 L : 인덕터

Q : 스위칭소자 T : 변압기

Claims

다양한 전압을 공급하기 위하여 서스테인 전압 및 어드레스 전압 공급용 직류-직류 변환기를 포함하여 다수의 직류-직류 변환기를 구비한 PDP용 전원공급장치에 있어서,

상기 서스테인 전압 공급용 직류-직류 변환기는 변압기 및 상기 변압기의 2차측 코일에 연결되고 다이오드 및 커패시터를 구비한 제1정류부를 포함하는 절연형 PWM 변환기이고,

상기 어드레스 전압 공급용 직류-직류 변환기는 상기 서스테인 전압 공급용 절연형 PWM 변환기의 변압기 2차측 코일에 연결되고 다이오드 및 커패시터를 구비한 제2정류부에서 출력되는 출력전압을 입력전압으로 이용하는 PWM 변환기인 것을 특징으로 하는 PDP용 전원공급장치.
제 1 항에 있어서,

상기 서스테인 전압 공급용 절연형 PWM 변환기는 하프-브리지 변환기인 것을 특징으로 하는 PDP용 전원공급장치.
제 2 항에 있어서,

상기 어드레스 전압 공급용 PWM 변환기는 강압형 변환기(Buck Converter)인 것을 특징으로 하는 PDP용 전원공급장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제1정류부 및 제2정류부는 상호 공유하는 것을 특징으로 하는 PDP용 전원공급장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제2정류부는 상기 변압기의 2차측에 추가된 별도의 코일에 연결되고,

상기 강압형 변환기의 스위칭 소자는 MOSFET(금속산화물 전계효과 트랜지스터)인 것을 특징으로 하는 PDP용 전원공급장치.
제 5 항에 있어서,

상기 MOSFET은 드레인이 상기 제2정류부에 연결된 N채널의 MOSFET인 것을 특징으로 하는 PDP용 전원공급장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제2정류부는 상기 변압기의 2차측에 추가된 별도의 코일에 연결되고,

상기 어드레스 전압 공급용 PWM 변환기는 승압형 변환기(Boost Converter)인 것을 특징으로 하는 PDP용 전원공급장치.
제 7 항에 있어서,

상기 승압형 변환기의 스위칭 소자는 MOSFET이되, 드레인이 상기 제2정류부에 연결된 인덕터에 연결되는 N채널의 MOSFET인 것을 특징으로 하는 PDP용 전원공급장치.