KR100616599B1 - 스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터 - Google Patents

스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백라이트 인버터의 동작오류에 따른 스위칭소자의 쇼트를 검출하여 전원전압의 공급을 차단하는 스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터는, 동작제어단(CT)이 오픈상태이면 교류 입력전압(Vin)을 사전에 설정된 직류 전압으로 변환하여 공급하고, 상기 동작제어단(CT)이 접지레벨이면 전압공급을 차단하는 전원제어부(110); 상기 전원제어부(110)로부터의 직류 전압을 구형파 전압으로 변환하는 스위칭소자(120); 및 상기 스위칭소자(120)의 입력전압 및 출력전압을 각각 검출하고, 이 검출한 두 전압을 비교하여 스위칭소자 쇼트를 검출하며, 스위칭소자 쇼트 검출여부에 따라 상기 전원제어부(110)의 동작제어단(CT)의 상태를 오픈상태 또는 접지상태로 스위칭하는 스위칭소자 쇼트 감지부(180)를 포함한다.
이러한 본 발명에 의하면, 스위칭소자의 쇼트로 인한 트랜스의 과열을 방지할 수 있는 효과가 있다.
TFT-LCD, 백라이트 인버터, 스위칭소자 쇼트 감지

Description

스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터{BACK-LIGHT INVERTER WITH DETECTING FUNCTION OF SWITCHING DEVICE SHORT}
도 1은 종래의 백라이트 인버터의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 백라이트 인버터의 구성도이다.
도 3의 (a),(b)는 정상상태 및 쇼트상태의 주요 전압 파형도이다.
도 4의 (a),(b)는 정상상태 및 쇼트상태의 실제 전압 측정 파형도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 전원제어부 120 : 스위칭소자
130 : 정류부 140 : 트랜스/구동부
150 : 램프 160 : 피드백 제어부
170 : 스위칭 제어부 180 : 스위칭소자 쇼트 감지부
181 : 제1 검출부 182 : 제2 검출부
183 ; 비교부 184 : 스위치
Vin ; 교류 입력전압 CT : 동작제어단
본 발명은 TFT-LCD 등의 백라이트 인버터에 관한 것으로, 특히 백라이트 인버터의 동작오류에 따른 스위칭소자의 쇼트를 검출하여 전원전압의 공급을 차단하도록 함으로서, 스위칭소자의 쇼트로 인한 트랜스의 과열을 방지할 수 있는 스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터에 관한 것이다.
일반적으로, 냉음극 형광램프(cold cathode fluorescent lamp:CCFL)는 낮은 전류로 동작하여 저소비전력, 저발열, 고휘도 및 장수명 등의 장점을 이용하여 최근 액정 디스플레이(TFT-LCD) 등의 컴퓨터 모니터의 백 라이트(Back light), 복사기기의 화면 표시기 등, 각종 표시기기에 이용되고 있다. 이러한 냉음극 형광램프를 점등하기 위해서는 1KV-2KV의 높은 AC 전압이 요구되며, 이러한 높은 AC 전압을 제공하기 위해 인버터가 사용된다.
이러한 종래의 백라이트 인버터중의 하나를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 백라이트 인버터의 구성도이다.
도 1에 도시된 종래의 백라이트 인버터는 교류 입력전압(Vin)을 사전에 설정된 직류 전압으로 변환하는 전원제어부(11)와, 상기 전원제어부(11)로부터의 직류 전압을 PWM 신호에 따라 구형파 전압으로 변환하는 스위칭소자(12)와, 상기 스위칭 소자(12)의 출력전압을 반파 정류하는 정류부(13)와, 상기 정류부(13)의 출력전압을 교류(AC) 전압으로 변환하고 이 변환된 교류 전압을 램프동작에 필요한 대략 1-2KV 정도의 전압으로 승압하는 트랜스/구동부(14)와, 상기 트랜스/구동부(14)에 연결되어 점등 및 소등되는 램프(15)와, 상기 램프(15)에 흐르는 전류에 해당되는 전압을 검출하는 피드백 제어부(16)와, 상기 피드백 제어부(17)에 의해 검출된 전압에 따라 상기 스위칭소자(12)에 PWM 신호를 제공하여 상기 구형파 전압의 듀티비를 조절하는 스위칭 제어부(17)로 이루어진다.
여기서, 상기 스위칭 제어부(17)의 제어 의해서, 상기 스위칭소자(12)는 50% 듀티에서 그 이상 또는 그 이하의 듀티로 조절하면서 램프에서 요구되는 구동전압으로 조절한다.
그런데, 회로의 PCB 제작상이나 부품의 결함으로 인해, PWM 듀티의 제어가 불가능한 상태가 발생할 경우가 있는데, 예를 들어, 스위칭 제어부의 이상이나, 피드백 제어부의 이상 과전류 등으로 스위칭소자가 100% 도통되는 상태, 즉 스위칭소자가 쇼트되어 PWM 듀티가 100%가 되거나, 스위칭 제어부가 통제 불가능한 상태가 되어 PWM 듀티가 100%가 되는 경우가 초래되고, 이 경우에는 스위칭소자가 항시 스위칭온 상태로 유지되므로 인하여 트랜스가 과열되고, 이에 따라 화제 발생이 초래되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 백라이트 인버터의 동작오류에 따른 스위칭소자의 쇼트를 검출하여 전원전압의 공급을 차단하도록 함으로서, 스위칭소자의 쇼트로 인한 트랜스의 과열을 방지할 수 있는 스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터는,
동작제어단이 오픈상태이면 교류 입력전압을 사전에 설정된 직류 전압으로 변환하여 공급하고, 상기 동작제어단이 접지레벨이면 전압공급을 차단하는 전원제어부;
상기 전원제어부로부터의 직류 전압을 구형파 전압으로 변환하는 스위칭소자; 및
상기 스위칭소자의 입력전압 및 출력전압을 각각 검출하고, 이 검출한 두 전압을 비교하여 스위칭소자 쇼트를 검출하며, 스위칭소자 쇼트 검출여부에 따라 상기 전원제어부의 동작제어단의 상태를 오픈상태 또는 접지상태로 스위칭하는 스위칭소자 쇼트 감지부
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 백라이트 인버터의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트 인버터는 동작제어단(CT)이 오픈상태이면 교류 입력전압(Vin)을 사전에 설정된 직류 전압으로 변환하여 공급하고, 상기 동작제어단(CT)이 접지레벨이면 전압공급을 차단하는 전원제어부(110)와, 상기 전원제어부(110)로부터의 직류 전압을 구형파 전압으로 변환하는 스위칭소자(120)와, 상기 스위칭소자(120)의 입력전압 및 출력전압을 각각 검출하고, 이 검출한 두 전압을 비교하여 스위칭소자 쇼트를 검출하며, 스위칭소자 쇼트 검출여부에 따라 상기 전원제어부(110)의 동작제어단(CT)의 상태를 오픈상태 또는 접지상태로 스위칭하는 스위칭소자 쇼트 감지부(180)를 포함한다.
또한, 본 발명의 백라이트 인버터는 상기 스위칭소자(120)의 출력전압을 반파 정류하는 정류부(130)와, 상기 정류부(130)의 출력전압을 교류(AC) 전압으로 변환하고 이 변환된 교류 전압을 램프동작에 필요한 전압으로 승압하는 트랜스/구동부(140)와, 상기 트랜스/구동부(140)에 연결되어 점등 및 소등되는 램프(150)와, 상기 램프(150)에 흐르는 전류에 해당되는 전압을 검출하는 피드백 제어부(160)와, 상기 피드백 제어부(160)에 의해 검출된 전압에 따라 상기 스위칭소자(120)에 PWM 신호를 제공하여 상기 구형파의 듀티비를 조절하는 스위칭 제어부(170)를 포함한 다.
상기 스위칭소자(120)는 PMOS 트랜지스터가 적용되는데, 이때, 소오스단은 상기 전원제어부(110)에 연결되고, 드레인단은 정류부(130)에 연결되며, 그리고 게이트단은 상기 스위칭 제어부(170)에 연결된다.
그리고, 상기 스위칭소자 쇼트 감지부(180)는 상기 스위칭소자(120)의 입력전압을 검출하는 제1 검출부(181)와, 상기 스위칭소자(120)의 출력전압을 검출하는 제2 검출부(182)와, 상기 전원제어부(110)의 출력전압단에 동작전압단이 연결되고, 상기 제1 검출부(181)에 의해 검출된 전압과 상기 제2 검출부(182)에 의해 검출된 전압을 비교하는 비교부(183)와, 상기 전원제어부(110)의 동작제어단(CT)에 연결되어, 상기 비교부(183)의 출력에 따라 상기 전원제어부(110)의 동작제어단(CT)과 접지와의 연결을 스위칭하는 스위치(184)를 포함한다.
상기 제1 검출부(181)는 상기 스위칭소자(120)의 입력단에서 접지로 연결되어 상기 스위칭소자(120)의 입력전압을 분할하여 검출하기 위한 전압 분할 저항(R1,R2)과, 상기 전압 분할 저항(R1,R2)중 접지에 연결된 저항(R2)에 병렬로 연결되어 상기 저항(R2)에 의해 검출된 전압을 안정화시키기 위한 커패시터(C1)를 포함한다.
상기 제2 검출부(182)는 상기 스위칭소자(120)의 출력단에서 접지로 연결되 어 상기 스위칭소자(120)의 출력전압을 분할하여 검출하기 위한 전압 분할 저항(R3,R4)과, 상기 전압 분할 저항(R3,R4)중 접지에 연결된 저항(R4)에 병렬로 연결되어 상기 저항(R4)에 의해 검출된 전압을 안정화시키기 위한 커패시터(C2)를 포함한다.
여기서, 상기 스위칭소자(120)가 정상적인 동작상태에서는, 상기 제1 검출부(181)에 의한 검출전압(Vs1)이 상기 제2 검출부(182)에 의한 검출전압(Vd1)보다 크게 설정되고, 상기 스위칭소자(120)가 쇼트상태에서는, 상기 제1 검출부(181)에 의한 검출전압(Vs1)이 상기 제2 검출부(182)에 의한 검출전압(Vd1)보다 작게 설정된다.
도 3의 (a),(b)는 정상상태 및 쇼트상태의 주요 전압 파형도이다.
도 3의 (a),(b)에서, Vs는 상기 스위칭소자(120)의 소오스단인 입력단의 입력전압이고, Vd는 상기 스위칭소자(120)의 드레인단인 출력단의 출력전압이며, Vs1은 상기 입력전압(Vs)에서 분할된 검출전압이고, Vd1은 상기 출력전압(Vd)에서 분할된 검출전압이고, Vct는 상기 전원제어부(110)의 동작제어단(CT)에 인가되는 전압이다.
도 4의 (a),(b)는 정상상태 및 쇼트상태의 실제 전압 측정 파형도이다.
도 4의 (a),(b)에서, Ilamp는 상기 램프(150)에 흐르는 전류 파형이고, Vs1은 상기 입력전압(Vs)에서 분할된 검출전압이고, Vd1은 상기 출력전압(Vd)에서 분 할된 검출전압이고, Vct는 상기 전원제어부(110)의 동작제어단(CT)에 인가되는 전압이다.
여기서, 도면중 미설명부호인 R5는 바이어스 저항이다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 백라이트 인버터에서, 먼저, 전원제어부(110)는 동작 초기에는 동작제어단(CT)이 오픈상태이고, 교류 입력전압(Vin)을 사전에 설정된 직류 전압으로 변환하여 공급한다. 상기 동작제어단(CT)이 접지상태일 경우에 대해서는 하기에 설명한다.
그 다음, 스위칭소자(120)는 상기 전원제어부(110)로부터의 직류 전압을 구형파 전압으로 변환하는데, 이는 하기에 설명되는 PWM 신호에 따라 상기 구형파 전압의 듀티가 제어되어, 원하는 구형파 전압으로 변환된다. 그 다음, 정류부(130)는 접지로 연결된 다이오드와 코일로 상기 스위칭소자(120)의 출력전압을 반파 정류하여 트랜스/구동부(140)로 출력한다.
상기 트랜스/구동부(140)는 상기 정류부(130)의 출력전압을 교류(AC) 전압으로 변환하고 이 변환된 교류 전압을 램프동작에 필요한 전압으로 승압하여 램프(150)로 출력하여 램프(150)를 점등시킨다.
이때, 피드백 제어부(160)는 상기 램프(150)에 흐르는 전류에 해당되는 전압 을 검출하여 스위칭 제어부(170)로 출력하고, 상기 스위칭 제어부(170)는 상기 피드백 제어부(160)에 의해 검출된 전압에 따라 상기 스위칭소자(120)에 PWM 신호를 제공하여 상기 구형파 전압의 듀티비를 조절한다.
이러한 동작이 이루어지는 동안에, 본 발명의 스위칭소자 쇼트 감지부(180)는 상기 스위칭소자(120)의 입력전압(Vs) 및 출력전압(Vd)을 각각 검출하고, 이 검출한 두 전압을 비교하여 스위칭소자 쇼트를 검출하며, 스위칭소자 쇼트 검출여부에 따라 상기 전원제어부(110)의 동작제어단(CT)의 상태를 오픈상태 또는 접지상태로 스위칭한다.
상기 스위칭소자 쇼트 감지부(180)에 대해서 구체적으로 설명하면, 먼저, 제1 검출부(181)에서는 상기 스위칭소자(120)의 입력전압을 전압 분할 저항(R1,R2)으로 분할하여 검출하여 비교부(183)로 출력하고, 또한, 제2 검출부(182)는 상기 스위칭소자(120)의 출력전압을 전압 분할 저항(R3,R4)으로 분할하여 검출하여 상기 비교부(183)로 출력한다.
여기서, 상기 제1 검출부(181) 및 제2 검출부(182)는 각 커패시터(C1,C2)에 의해서 보다 안정된 전압을 검출할 수 있다.
상기 비교부(183)는 상기 전원제어부(110)의 출력전압(V1)을 저항(R5)을 통해 동작전압으로 공급받고, 상기 제1 검출부(181)에 의해 검출된 전압(Vs1)과 상기 제2 검출부(182)에 의해 검출된 전압(Vd1)을 비교한다.
도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭소자(120)가 정상적인 동작상태에서는, 상기 제1 검출부(181)에 의한 검출전압(Vs1)이 상기 제2 검출부(182)에 의한 검출전압(Vd1)보다 크므로, 상기 비교부(183)는 로우전압을 출력한다. 이에 따라, 스위치(184)가 턴오프되어, 상기 전원제어부(110)의 동작제어단(CT)이 오픈상태이므로, 상기 전원제어부(110)는 정상적인 전원전압 공급을 수행하여 램프(150)에는 도 4의 (a)에 도시한 바와 같은 전류가 흐르게 되고, 상기 램프(150)는 정상적으로 동작한다.
즉, 본 발명의 TFT LCD 등에 적용되는 백라이트 인버터에서는, 정상 동작일때는, 스위칭 제어부가 피드백 제어부에 의해 피드백된 전류의 양에 의해서 PWM 듀티를 제어하여 스위칭소자의 게이트에 램프밝기의 적당량의 PWM 듀티를 공급하여 회로 전체의 안정된 동작을 제어한다.
한편, 본 발명의 백라이트 인버터에서, 회로의 PCB 제작상이나 부품의 결함으로 인한 PWM 듀티의 제어가 불가능한 상태가 발생할 경우, 예를 들어, 스위칭 제어부의 이상이나, 피드백 제어부의 이상 과전류 등으로 인해 PWM 듀티가 스위칭소자가 100% 도통상태로 되는 경우와 스위칭 제어부가 통제 불가능한 상태로 되어 듀티가 100%가 되는 경우에는 본 발명의 스위칭소자 쇼트 감지부(180)가 상기 스위칭소자(120)의 쇼트상태로 인식한다.
즉, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭소자(120)가 쇼트상태에서는, 상기 스위칭소자 쇼트 감지부(180)의 제1 검출부(181)에 의한 검출전압(Vs1)이 상기 제2 검출부(182)에 의한 검출전압(Vd1)보다 작으므로, 상기 비교부(183)는 하이전압을 출력한다. 이에 따라, 상기 스위치(184)가 턴온되어, 상기 전원제어부(110)의 동작제어단(CT)이 접지상태가 되므로, 상기 전원제어부(110)는 전원전압 공급을 차단하게 된다.
다른 한편, 상기 전원제어부(110)에서 전원전압의 공급을 차단하게 되면, 상기 스위칭소자 쇼트 감지부(180)가 동작전압을 공급받지 못하므로, 상기 스위칭소자 쇼트 감지부(180)가 상기 전원제어부(110)의 동작제어단(CT)의 상태를 접지상태로 유지시킬 수 없으므로 순간적으로 상기 전원제어부(110)가 전원전압을 공급하고, 이때, 상기 스위칭소자(120)가 쇼트상태이면 전술한 동작과정을 통해서 상기 전원제어부(110)의 전원전압 공급을 다시 차단하게 된다.
이와 같이, 상기 스위칭소자(120)가 쇼트된 상태에서, 상기 스위칭소자 쇼트 감지부(180)의 동작에 따라 상기 전원제어부(110)가 짧은 시간동안 간헌적으로 전원전압을 공급하게 되므로, 도 4b에 도시한 바와 같은 램프 전류(Ilamp)와 같이 측정된다.
이에 따라, 스위칭소자의 쇼트 발생시에 전원전압의 공급을 전술한 바와 같이 간헌적으로 짧은 시간에 순각적으로 공급하는 동작을 반복시켜 백라이트가 깜빡 이도록 하여 스위칭소자의 쇼트를 알릴 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에서는, 다양한 원인으로 스위칭소자가 쇼트되는 경우에, 상기 전원제어부에서의 전원공급을 차단시켜, 상기 스위칭소자의 쇼트로 인한 트랜스에서 발생되는 과전류로 인하여 심한 경우에는 화재로까지 이어지는 등의 치명적인 손상 및 사고의 발생 가능성을 사전에 방지할 수 있게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, TFT-LCD 등의 백라이트 인버터에서, 백라이트 인버터의 동작오류에 따른 스위칭소자의 쇼트를 검출하여 전원전압의 공급을 차단하도록 함으로서, 스위칭소자의 쇼트로 인한 트랜스의 과열을 방지할 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 스위칭소자의 쇼트 발생시에 전원전압의 공급을 자동적으로 차단하는 과정에서, 전원전압의 공급을 간헌적으로 짧은 시간에 공급하여 백라이트가 깜빡이도록 하여 스위칭소자의 쇼트를 알릴 수 있다.

Claims (6)

  1. 동작제어단(CT)이 오픈상태이면 교류 입력전압(Vin)을 사전에 설정된 직류 전압으로 변환하여 공급하고, 상기 동작제어단(CT)이 접지레벨이면 전압공급을 차단하는 전원제어부(110);
    상기 전원제어부(110)로부터의 직류 전압을 구형파 전압으로 변환하는 스위칭소자(120); 및
    상기 스위칭소자(120)의 입력전압 및 출력전압을 각각 검출하고, 이 검출한 두 전압을 비교하여 스위칭소자 쇼트를 검출하며, 스위칭소자 쇼트 검출여부에 따라 상기 전원제어부(110)의 동작제어단(CT)의 상태를 오픈상태 또는 접지상태로 스위칭하는 스위칭소자 쇼트 감지부(180)
    를 포함하는 스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 백라이트 인버터는
    상기 스위칭소자(120)의 출력전압을 반파 정류하는 정류부(130);
    상기 정류부(130)의 출력전압을 교류(AC) 전압으로 변환하고 이 변환된 교류 전압을 램프동작에 필요한 전압으로 승압하는 트랜스/구동부(140);
    상기 트랜스/구동부(140)에 연결되어 점등 및 소등되는 램프(150);
    상기 램프(150)에 흐르는 전류에 해당되는 전압을 검출하는 피드백 제어부(160); 및
    상기 피드백 제어부(160)에 의해 검출된 전압에 따라 상기 스위칭소자(120)에 PWM 신호를 제공하여 상기 구형파의 듀티비를 조절하는 스위칭 제어부(170)
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위칭소자 쇼트 감지부(180)는
    상기 스위칭소자(120)의 입력전압을 검출하는 제1 검출부(181);
    상기 스위칭소자(120)의 출력전압을 검출하는 제2 검출부(182);
    상기 전원제어부(110)의 출력전압단에 동작전압단이 연결되고, 상기 제1 검출부(181)에 의해 검출된 전압과 상기 제2 검출부(182)에 의해 검출된 전압을 비교하는 비교부(183); 및
    상기 전원제어부(110)의 동작제어단(CT)에 연결되어, 상기 비교부(183)의 출력에 따라 상기 전원제어부(110)의 동작제어단(CT)과 접지와의 연결을 스위칭하는 스위치(184)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 검출부(181)는
    상기 스위칭소자(120)의 입력단에서 접지로 연결되어 상기 스위칭소자(120)의 입력전압을 분할하여 검출하기 위한 전압 분할 저항(R1,R2); 및
    상기 전압 분할 저항(R1,R2)중 접지에 연결된 저항(R2)에 병렬로 연결되어 상기 저항(R2)에 의해 검출된 전압을 안정화시키기 위한 커패시터(C1)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 검출부(182)는
    상기 스위칭소자(120)의 출력단에서 접지로 연결되어 상기 스위칭소자(120)의 출력전압을 분할하여 검출하기 위한 전압 분할 저항(R3,R4); 및
    상기 전압 분할 저항(R3,R4)중 접지에 연결된 저항(R4)에 병렬로 연결되어 상기 저항(R4)에 의해 검출된 전압을 안정화시키기 위한 커패시터(C2)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 검출부(181)에 의한 검출전압(Vs1)는
    상기 스위칭소자(120)가 정상적인 동작상태에서는, 상기 제2 검출부(182)에 의한 검출전압(Vd1)보다 크게 설정되고, 상기 스위칭소자(120)가 쇼트상태에서는, 상기 제2 검출부(182)에 의한 검출전압(Vd1)보다 작게 설정되어 이루어진 것을 특징으로 하는 스위칭소자 쇼트 감지기능 갖는 백라이트 인버터.
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