KR100526240B1 - 복합디밍제어방식의 냉음극형광램프용 인버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아날로그모드에서 버스트(burst)모드로의 전환시 유기적인 연동동작을 가능하게 하여 모드변환시 노이즈나 떨림등의 특성변화를 최소화한 복합디밍제어방식의 냉음극형광램프 구동용 인버터에 관한 것으로서, 밝기를 제어하는 디밍신호를 입력받아 기준값 이상의 디밍신호에 대해서는 램프 구동 신호의 진폭을 제어하여 밝기를 조절하고, 기준값 이하의 디밍신호에 대해서는 램프 구동신호의 온/오프 타임을 조절하여 밝기를 조절하도록 한 것이다.

Description

복합디밍제어방식의 냉음극형광램프용 인버터{INVERTER FOR COLD CATHODE FLUORESCENT LAMP OF COMPLEXING DIMMING TYPE}

본 발명은 냉음극형광램프(CCFL : COLD CATHODE FLUORESCENT LAMP) 점등용 인버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아날로그모드에서 버스트(burst)모드로의 전환시 유기적인 연동 동작을 가능하게 하여 모드변환시 노이즈나 떨림등의 특성변화를 최소화한 복합디밍제어방식의 냉음극형광램프 구동용 인버터에 관한 것이다.

일반적으로, 냉음극형광램프는 철사와 같이 아주 가늘며, 낮은 전류로 동작하여 저소비전력, 발열량이 적고 고휘도, 장수명 등의 장점을 이용하여 최근 노트북 컴퓨터의 백 라이트(Back light), 액정 디스플레이(TFT-LCD), 복사기기 등 각종 표시기기 등에 뛰어난 기능을 발휘하고 있다. 이러한 냉음극형광램프를 점등하기 위해서는 15000V ~ 2000V의 고전압이 요구되며, 이러한 고전압을 제공하기 위해 인버터가 사용된다.

상기와 같은 냉음극형광램프의 구동용 인버터는 연결된 램프를 점등 및 소등시킬 뿐만 아니라, 점등된 램프의 밝기를 조정할 수 있어야 한다.

상기 냉음극형광램프의 인버터에서 밝기를 조절하는 방식은, 크게 램프로 가해지는 구동신호의 진폭을 조절하여 밝기를 조절하는 아날로그 디밍방식과, 인버터의 스위칭신호인 PWM 신호의 펄스폭을 조절하여 밝기를 조절하는 버스트 디밍 방식(디지털방식)이 있다. 상기에서 아날로그방식은 자연스러운 밝기조절이 가능하지만 밝기조절범위가 제한된다는 단점이 있으며, 버스트 디밍 방식은 아날로그방식보다는 넓은 범위에서 밝기조정이 가능하지만, 온/오프가 반복됨에 따라 인버터의 전체동작특성이 불안정해질 수 있다는 단점이 있다.

도 1은 종래 냉음극형광램프 구동용 인버터 회로를 보인 것으로서, 입력전압(Vin)이 스위칭부(11)의 제1트랜지스터(Q1)를 거치면서 온/오프되어 구형파로 변환되고, 상기 제1트랜지스터(Q1)로부터 출력되는 구형파가 신호변환부(12)의 정류다이오드(D1)에 의해 정류되고, 인덕터(L1)에 의해 평활화된 후, 트랜스및구동부(13)로 전달되고, 트랜스및구동부(13)에서 승압되어 램프구동전압으로 변환된 후 램프접속부(14)를 통해 램프로 전달되게 된다.

그 다음, 다수의 저항 및 다이오드로 이루어진 피드백회로부(15)에 의해 상기 램프로 가해진 전압이 피드백되어 제1비교부(16)로 전달되고, 상기 제1비교부(16)는 상기 피드백회로부(15)의 피드백전압(F/B)과 기준전압을 비교하여 그 결과 제2비교부(17)로 출력하고, 상기 제2비교부(17)는 상기 제1비교부(17)의 출력신호와 기준삼각파신호를 비교하여 상기 스위칭부(11)의 스위칭구동신호를 출력한다.

상기 인버터는 제1비교부(16)의 기준값을 소정 전압(예를 들어, 2.5V)으로 고정시켜 놓고, 피드백회로부(15)의 센싱전압값과 비교하여 편차를 피드백하는 방식으로 정전류제어한다.

상기에서 밝기 제어는, 피드백전압과 기준값과의 차이만큼 상기 트랜지스터(Q1)의 온/오프간격을 조절하는 버스트 모드로 이루어진다.

도 2는 상기 도 1에 도시된 인버터의 동작을 보인 타이밍챠트로서, (a)는 스위칭부(11)의 트랜지스터(Q1)의 베이스로 인가되는 트리거신호를 보인 것이고, (b)는 트랜지스터(Q1)의 출력신호를, (c)는 인버터로부터 램프로 가해지는 램프전류를 보인 것이다.

상기를 볼 때, 버스트모드 동작영역으로의 전환시 소정의 딜레이가 발생하는 것을 알 수 있다.

따라서, 램프의 밝기제어를 버스트모드로 하는 경우, 온/오프의 반복으로 인해, 전체 특성이 불안정해지며, 온/오프시 발생하는 딜레이에 의한 잡음이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 아날로그모드에서 버스트(burst)모드로의 전환시 유기적인 연동동작을 가능하게 하여 모드변환시 노이즈나 떨림등의 특성변화를 최소화한 복합디밍제어방식의 냉음극형광램프 구동용 인버터를 제공하는데 있다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 입력전압을 온/오프 스위칭하여 램프 구동전원으로 변환하는 냉음극형광램프 구동용 인버터에 있어서,

램프 구동전원의 평균전압을 검출하는 피드백회로부;

제1기준전압과 상기 피드백회로부로부터 출력되는 전압의 차를 증폭하는 에러증폭부;

상기 에러증폭부로부터 출력된 피드백전압과 기준전압과의 차와 삼각파신호를 비교하여 상기 스위칭동작을 제어하는 출력구동부;

소정 밝기에 대응하는 디밍전압이 제2기준전압으로 설정되어 있어, 상기 기준값보다 높은 디밍신호는 그대로 상기 에러증폭부의 제1기준전압으로 인가하고, 기준값보다 낮은 디밍신호에 대해서는 기설정된 제2기준전압을 인가하는 복합제어부;

상기 디밍신호와 PWM 발진신호를 비교하여 디밍레벨에 대응하는 폭의 PWM신호를 출력하는 PWM 카운터부;

로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명에 의한 냉음극형광램프 구동용 인버터를 도시한 회로도로서, 상기 회로는 크게 온/오프제어신호에 따라 입력전압(Vin)을 스위칭하는 스위칭부(31)와, 상기 스위칭부(31)를 통과한 구형파신호를 정현파 신호로 변환하는 신호변환부(32)와, 상기 신호변환부(32)의 출력신호를 승압하여 램프의 구동신호로 출력하는 트랜스및구동부(34)와, 하나 이상의 냉음극형광램프의 양단이 접속되고 상기 트랜스및구동부(34)의 출력신호로 연결된 램프로 전달하는 램프접속부(35)와, 상기 램프접속부(35)에 접속된 램프의 전압을 피드백하는 피드백회로부(36)와, 상기 피드백회로부(36)의 출력전압과 기준전압의 차를 증폭출력하는 에러증폭부(37)와, 상기 에러증폭부(37)의 차전압과 삼각파신호를 비교하여 상기 스위칭부(31)의 온/오프구동신호를 출력하는 비교부(38)와, 최대 100%의 밝기를 제어하는 디밍신호를 입력받아, 기준 값이상의 디밍신호가 입력시, 입력된 디밍신호를 상기 에러증폭부(37)의 기준신호로 인가하고, 기준밝기 이하의 디밍 제어신호가 입력시에는 상기 에러증폭부(37)의 기준값을 소정 치로 고정시킨 후 PWM 기준 펄스와 상기 디밍신호를 비교하여 그 편차에 따라서 상기 에러증폭부(37)의 출력을 온/오프 시키는 복합디밍제어부(39)로 구성된다.

상기 복합디밍제어부(39)는 디밍신호를 소정의 설정값(Vref)과 비교하여, 상기 설정값 이상이면 디밍전압을 상기 에러증폭부(37)에 인가하고, 설정값 이하인 경우, 상기 설정값의 전압을 인가하는 복합제어부(391)와, 상기 복합제어부(391)로부터 디밍신호와 PWM 발진신호를 비교하여 디밍신호가 기준값 이하이면 밝기에 비례한 폭의 PWM신호를 상기 비교부(38)의 +단자로 출력하는 PWM카운터부(392)로 구성된다.

도 4의 (a) 및 (b)는 상기 복합디밍제어부(39)의 실시예들을 보인 회로도로서, 도 4의 (a)에서 복합디밍제어회로는 디밍신호를 저항을 통해 이미터 접지된 제3트랜지스터(Q3)의 베이스에 연결하고, 상기 제3트랜지스터(Q3)의 콜렉터는 저항(R3)을 통해 상기 에러증폭부(37)의 +입력단에 연결하고, 또한 저항(R2)에 연결하고, 상기 저항(R2)의 양단은 각각 제4트랜지스터(Q4)의 콜렉터 및 이미터에 연결되며, 상기 제4트랜지스터(Q4)의 베이스를 저항을 통해 콜렉터와 연결시킴과 동시에 제너다이오드(Z)를 통해 접지시키고, 상기 제3트랜지스터(Q3)의 콜렉터는 +단으로 PWM 발진신호가 인가되는 비교기(C1)에 연결하고, 상기 비교기(C1)의 출력을 상기 에러증폭부(37)의 출력과 접지사이에 구비되는 제2트랜지스터(Q2)의 베이스에 연결하여 구성한다.

상기에서, 제너다이오드(Z)에 의해 설정되는 기준전압(Vref)는 소정의 밝기에 대응하는 디밍전압으로서, 예를 들어, 40%의 밝기에 대응하는 디밍전압레벨로 설정한다.

따라서, 40% 이상의 밝기에 대응하는 디밍전압레벨은 그대로 상기 에러증폭부(37)의 +입력단으로 인가되어, 기준레벨이 되고, 40%이하의 밝기에 대응하는 디밍전압신호가 입력되는 경우, 상기 에러증폭부(37)의 +입력단은 40%의 밝기에 대응하는 디밍전압레벨로 고정된다.

그리고, 상기 비교기(C1)은 PWM 발진신호와 디밍신호를 비교하여 PWM 발진신호의 레벨이 디밍신호보다 큰 구간에서는 하이레벨로, PWM발진신호가 디밍신호보다 작은 구간에서는 로우레벨로 하는 구형파를 출력한다.

이에, 제2트랜지스터(Q2)는 구형파의 하이레벨구간에서 온되고, 로우레벨구간에서 오프된다.

상기 제2트랜지스터(Q2)가 온되면, 상기 비교부(38)의 + 입력단이 접지에 연결되고, 제2트랜지스터(Q2)가 오프되면, 상기 비교부(38)의 +입력단은 에러증폭부(37)의 출력이 그대로 인가된다.

따라서, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 100% 부터 0%의 밝기에 대응하는 디밍신호가 인가되고, 일정한 폭을 갖는 PWM 발진신호가 인가될 때, 도시된 바와 같이, 에러증폭부(37)의 +입력단 레벨이 40%이상에서는 디밍신호를 추종하다가, 40%이하에서는 일정 레벨(40%의 디밍신호레벨에 대응)로 고정된다. 즉, B포인트에서의 전압은 도 5의 (a)와 같다.

그리고, 상기 A 포인트는 도 5의 (c)와 같이, 40%이하의 디밍신호에 대해서, 그 밝기에 비례하는 폭을 갖는 구형파가 출력된다.

따라서, 상기 복합디밍제어부(39)에 의하여, 100% ~ 40% 밝기조절시에는 에러증폭부(37)로부터 현재 램프의 전류 평균레벨과 상기 디밍신호에서 설정하는 기준레벨과의 차이 만큼 램프구동전류의 진폭이 조절되고, 40%이하의 밝기조절에서는 밝기에 비례하는 폭의 구형파가 발생되어, PWM 제어를 통해 밝기조절을 실행한다.

도 5의 (c)는 본 발명에 따라 변화되는 램프의 구동전류를 나타낸 것이다.

따라서, 본 발명에 의하면 아날로그 디밍이 가능한 구간에서는 램프의 진폭 조절에 의해 아날로그방식으로 밝기조절이 이루어지며, 아날로그 디밍이 불가능한 구간에서는 버스트 모드로 밝기 조절이 이루어진다.

도 4의 (b)는 본 발명에 의한 냉음극형광램프 구동용 인버터에 구비된 복합디밍제어부(39)의 다른 회로구성예를 보인 것으로서, 도 4의 (a)와 대비할 때, 복합제어부(391a,b)의 회로구성을 변형한 것으로서, 다수의 다이오드를 직렬로 연결하여, 상기 다이오드의 임피던스에 비례한 기준전압(Vref)을 설정하였다.

본 발명에 있어서, 복합디밍제어부(39)에 대한 회로구성은 상기 도 4의 (a),(b)에 한정되지 않으며, 동일한 기능을 수행하는 한 다양한 회로로 구현될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 냉음극형광램프 구동용 인버터에 있어서 램프의 밝기 조절을 아날로그 모드 및 버스트 모드를 복합하여 수행함으로서, 아날로그 방식의 조절범위의 한계 및 버스트 모드의 반복적인 온/오프에 따른 동작특성 약화문제를 해결하며, 모드 전환시의 딜레이를 제거함으로서 그로 인한 잡음문제를 해결할 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래의 LCD 패널용 백라이트 인버터 회로를 보인 구성도이다.

도 2는 종래의 LCD 패널용 백라이트 인버터 회로의 주요 부분에 대한 동작타이밍도이다.

도 3은 본 발명에 의한 LCD 패널용 백라이트 인버터 회로를 도시한 회로구성도이다.

도 4의 (a)는 본 발명에 의한 LCD 패널용 백라이트 인버터 회로에서 복합디밍제어부의 일실시예를 보인 회로도이다.

도 4의 (b)는 본 발명에 의한 LCD 패널용 백라이트 인버터 회로에서 복합디밍제어부의 다른 실시예를 보인 회로도이다.

도 5는 본 발명에 의한 LCD 패널용 백라이트 인버터 회로의 동작을 설명하는 타이밍도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

31 : 스위칭부 32 : 신호변환부

33 : 동기회로부 34 : 트랜스 및 구동부

35 : 램프접속부 36 : 피드백회로부

37 : 비교출력부 38 : 복합디밍제어부

Claims (4)

1. 램프로 인가되는 전원을 온/오프시키는 스위칭소자를 포함하는 냉음극형광램프 구동용 인버터에 있어서,

   상기 인버터에 연결된 램프의 평균전압을 검출하는 피드백회로부;

   제1기준전압과 상기 피드백회로부에서 검출된 램프 전압을 비교하여 그 편차를 산출하는 에러증폭부;

   상기 에러증폭부로부터 출력된 편차값과 기준 삼각파 신호를 비교하여 상기 스위칭 소자의 스위칭동작을 제어하는 출력구동부;

   소정 밝기에 대응하는 디밍전압이 제2기준전압으로 설정되어 있으며, 외부로부터 램프의 밝기를 지시하는 디밍신호를 입력받아, 상기 디밍신호와 제2기준전압을 비교하여, 상기 제2기준전압보다 높은 디밍신호는 상기 에러증폭부의 제1기준전압으로 인가하고, 상기 제2기준전압보다 낮은 디밍신호가 입력된 경우 상기 제1기준전압으로 제2기준전압을 인가시키고, 입력된 디밍신호는 PWM 카운터부로 인가하는 복합제어부; 및

   상기 복합제어부를 통해 입력된 디밍신호를 입력받고, 상기 출력 구동부의 기준 삼각파 신호보다 낮은 주파수의 PWM 발진 신호를 입력받아, 상기 디밍신호와 PWM 발진신호를 비교하여, 그 편차신호에 따라서 상기 에러증폭부의 출력을 온/오프시키는 PWM 카운터부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합디밍제어방식의 냉음극형광램프용 인버터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 복합제어부는

   이미터 접지된 트랜지스터(Q3)의 베이스에 디밍신호를 인가하고, 상기 트랜지스터(Q3)의 콜렉터는 저항(R3)를 통해 저항(R2) 및 상기 에러증폭부의 일입력단(+)에 연결하고, 상기 저항(R2)의 양단에 트랜지스터(Q4)의 콜렉터 및 이미터를 연결하고, 상기 트랜지스터(Q4)의 베이스는 저항을 통해 콜렉터에 연결함과 동시에 제너다이오드(Z)를 통해 접지시켜 구성하는 것을 특징으로 하는 복합디밍제어방식의 냉음극형광램프용 인버터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 복합제어부는

   이미터 접지된 트랜지스터(Q3)의 베이스에 디밍신호를 인가하고, 상기 트랜지스터(Q3)의 콜렉터는 저항(R3)를 통해 저항(R2) 및 상기 에러증폭부의 일입력단(+)에 연결하고, 상기 저항(R2)의 양단에 직렬연결된 다수의 다이오드를 연결하여 구성하는 것을 특징으로 하는 복합디밍제어방식의 냉음극형광램프용 인버터.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 PWM 카운터부는

   상기 트랜지스터(Q3)의 콜렉터에 -입력단이 연결되고, +입력단으로 PWM 발진신호가 입력되는 비교기(C1)와,

   상기 비교기(C1)의 출력에 따라 온/오프스위칭동작하여 상기 에러증폭부의 출력을 출력구동부의 입력으로 인가하거나 차단시키는 스위칭트랜지스터(Q2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합디밍제어방식의 냉음극형광램프용 인버터.