KR100633480B1 - 인버터의 과전압 보호 안정화회로 - Google Patents

인버터의 과전압 보호 안정화회로 Download PDF

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Abstract

트랜스포머의 출력단에 다수개의 램프들이 병렬로 연결되는 병렬구동 인버터 회로에 있어서, 입력 전원전압의 변화에 따라 변화하는 기준전압과 출력단의 과전압보호 검출전압을 인가받아 비교하고, 비교 결과값을 인버터 컨트롤러에 인가하는 인버터의 과전압 보호 안정화회로가 개시된다. 중심치 입력전압과 상온에서 설정된 오픈되는 램프의 개수는 입력 전원전압과 온도가 변화하더라도 일정하게 유지할 수 있으며, 이에 따라 램프의 최대허용전류보다 큰 전류가 램프로 유입되는 것을 방지할 수 있고, 오픈되는 램프의 개수가 증가함으로서 출력전압이 상승하여 트랜스포머의 내압에 의한 아크 방전을 예방할 수 있다는 이점이 있다.
저온, 온도, 서미스터, 안정, 과전압, 개방

Description

인버터의 과전압 보호 안정화회로{OVP stabilizing circuit for invertor}
도 1은 종래의 과전압보호 안정화회로를 보여주는 회로도이다.
도 2는 온도에 따른 과전압 검출 전압의 변화곡선을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전압보호 안정화회로를 보여주는 회로도이다.
본 발명은 인버터의 과전압보호 안정화회로에 관한 것이다.
일반적으로 LCD 백라이트용 인버터는 직류 전원을 교류 전원으로 변환 후 트랜스포머를 이용하여 고전압을 발생시켜 냉음극형광램프를 구동하는 DC/AC 컨버터를 말한다.
이와 같은 인버터에는 저전압에서 램프를 안정적으로 점등할 수 있도록 하는 점등 안정화회로가 제공된다.
도 1은 종래의 과전압보호 안정화회로를 보여주는 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, EEFL(Extreme Electrode Fluorescent Lamp) 병렬구동 인버터에서는 다수의 램프들(램프 1 ... 램프 n) 중에서 파손 등에 의해 오픈되는 램프의 개수를 미리 설정하여 과전압보호 기능을 동작시킨다.
즉, 인버터 컨트롤러 전압(U2-Vsns)단자에 컨트롤러에서 설정된 값 이상으로 전압이 인가되면, 컨트롤러 내부에서 과전압보호 기능이 수행되어 컨트롤러가 신호를 오프시킨다. 비교기(U1)가 없는 상태에서는 과전압검출(OV-sns)전압이 인버터 컨트롤러전압(U2-Vsns)단자에 연결되어 동작한다.
이때, 입력전압이 변화하면, 트랜스포머의 권선비에 의해 트랜스포머의 출력전압의 피크값이 변화하고, 이 전압에 의해 과전압검출(OV-sns)전압이 변화한다. 즉, 다이오드(D3)에 의해 출력전압V0는 피크 검출이 되므로 입력전압이 낮아지면 과전압검출(OV-sns)레벨이 낮아지고, 입력전압이 높아지면 과전압검출(OV-sns)레벨이 높아진다.
도 1을 참조하면, 기준전압(Vref)은 비교기(U1)의 반전단자에 인가되고 비반전단자에는 과전압검출(OV-sns)전압이 인가된다.
과전압검출에 대한 기준전압(Vref)은 고정전원, 예를 들어 5V 직류를 저항 R1과 R2로 분압하여 설정하는데(도 2의 Vref(no comp)), 특정 개수의 램프가 오픈되는 경우 이를 검출할 수 있는 레벨이어야 한다.
즉, 과전압검출의 목적은 램프의 최대허용전류보다 큰 전류가 램프로 유입되는 것을 방지하고, 오픈되는 램프의 개수가 증가함으로서 출력전압이 상승하여 발생하는 트랜스포머의 내압에 의한 아크 방전을 방지하여 화재를 예방하는 것이다.
예를 들어, 램프가 20개 장착된 모듈에서 램프의 최대 허용전류가 6.0mA이 고, 현재 4.5mA로 설정되어 있다면,
전체 전류: 4.5mA X 20개 = 90mA
최소램프개수: 90mA / 6.0mA = 15개
최대허용 오픈 램프개수: 20개 - 15개 = 5개이며, 안정성을 위하여 4개로 설정할 수 있다.
따라서, 설정된 4개의 램프가 오픈되면, 인버터 컨트롤러 전압(U2-Vsns)단자에 '하이'가 입력되어 내부 신호발생을 중지(shut-down)시킨다.
그러나, 이러한 종래의 구조에 따르면, 입력 전압이 변화하여, 예를 들어, 낮아지면 과전압검출(OV-sns)전압도 낮아지는데 기준전압(Vref)보다 낮아지는 경우에는 4개의 램프가 오픈되더라도 비교기(U1)의 출력이 '로우'가 되고, 인버터 컨트롤러전압(U2-Vsns)단자가 '로우'가 되어 과전압보호가 동작하지 않으며, 더 많은 램프가 오픈되어야 다시 과전압보호가 동작하게 된다는 문제점이 있다.
또한, 온도가 변화하면, 램프 내부의 수은의 활성도가 달라져서 램프 내부의 임피던스가 변화하며, 이에 따라 과전압검출(OV-sns)전압이 변화한다.
도 2는 온도에 따른 과전압검출(OV-sns)전압의 변화곡선을 보여주는 그래프로써, 램프가 모두 연결되어 있는 경우(OV-sns(normal))와, 일정개수의 램프가 오픈된 경우(OV-sns at OVP)가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 램프를 모두 연결한 상태에서 온도가 낮아지면, 과전압검출(OV-sns(normal))가 램프가 특정개수 오픈되는 경우 이를 검출하도록 설정된 기준전압(Vref(no comp))보다 높아져서 비교기(U1)의 출력이 '하이'로 되어 정상상태에서 동작하게 되지 않는다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 입력 전압의 변화 또는 온도의 변화에 따라 출력전압의 검출전압이 변화하더라도 기준전압을 출력전압의 검출전압 변화량만큼 변화하도록 하는 인버터의 과전압 보호 안정화회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 입력 전압의 변화 또는 온도의 변화에도 불구하고 중심치 입력전압과 상온에서 설정된 램프의 개수를 항상 일정하게 유지하여 램프의 최대허용전류보다 큰 전류가 램프로 유입되는 것을 방지하고, 출력전압의 상승에 의한 트랜스포머의 아크 방전으로 인한 화재를 예방하는 것이다.
본 발명의 다른 목적과 특징들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 명확하게 이해될 것이다.
본 발명은 트랜스포머의 출력단에 다수개의 램프들이 병렬로 연결되는 병렬구동 인버터 회로와; 상기 병렬구동 인버터회로부터 과전압 검출전압 및 인버터 컨트롤러 전압을 분리 출력하는 디바이더와; 상기 디바이더로부터 분리 출력된 과전압 검출전압과, 분배저항을 통해서 분배된 기준전압을 비교하여 비교 결과를 인버터 컨트롤러에 출력하는 비교기와; 상기 비교기의 기준전압에는 입력 전압의 변화에 따라 변화되는 전압을 출력하는 OP 앰프를 포함한다.
상기 비교기의 기준전압에는 온도 변화에 따라 저항값을 달리하는 서미스터 저항을 더 포함한다.
삭제
상기 OP 앰프는 입력 전압을 병렬로 연결된 제 1 및 제 2 저항을 통해서 하나의 입력단에 접속하고, 다른 입력단에는 그 출력단과 접속하며, 그 출력단은 제 3 저항과 서미스터 저항을 통해서 상기 비교기의 기준전압에 접속한다.
또한, 선택적으로 비교기의 출력단에는 다이오드가 순방향으로 직렬 연결될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 과전압보호 안정화회로를 보여주는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 입력 전압(Vin)은 제 1 저항(R5) 및 제 2 저항(R6)(R7)에 의해 분압되어 OP앰프(U3)의 비반전단자에 입력되고, OP앰프(U3)의 출력이 피드백되어 반전단자에 입력된다.
따라서, OP 앰프(U3)의 출력 Va는 비교기(U4)의 반전단자에 인가되고 비반전단자에 과전압검출(OV-sns)전압이 인가된다.
여기서, 반전단자에 연결되는 캐패시터(C5)는 기준전압(Vref)의 직류 노이즈를 제거하는 바이패스 기능을 수행한다.
바람직하게, OP 앰프(U3)의 출력 Va는 제 3 저항(R8)(R9) 및 서미스터 저항(Rth)에 의해 분압되어 비교기(U4)의 반전단자에 입력되고, 과전압검출(OV-sns)전압은 비교기(U4)의 비반전단자에 입력된다.
여기서, OP 앰프(U3)의 출력 Va(입력 전원전압의 변화만을 고려한 경우의 기준전압)는 [수학식 1]로 구해지고, 기준전압(Vref)(입력 전원전압의 변화와 온도변화를을 고려한 경우의 기준전압)는 [수학식 2]로 구해진다.
Figure 112004048185015-pat00001
Figure 112004048185015-pat00002
즉, 입력 전원전압(Vin)의 변동에 따라 Va와 기준전압(Vref)이 같이 변동하고, 온도변화에 따라 기준전압(Vref)이 변화한다.
비교기(U4)의 출력에는 다이오드(D4)가 직렬로 연결되고, 다이오드(D4)의 출력은 병렬 연결된 캐패시터(C4)를 거쳐 인버터 컨트롤러 전압(U2-Vsns)단자에 연결된다.
이와 같은 구성의 과전압보호 안정화회로의 동작을 이하 설명한다.
입력 전압(Vin)이 변화하면, 과전압검출(OV-sns)전압이 변화하고 이 변화량과 같은 비율로 기준전압(Vref)이 변화한다. 즉, [수학식 1]을 참조하면, 입력 전원전압(Vin)의 변화에 따라 제 1 저항(R5) 및 제 2 저항(R6)(R7)을 이용하여 보정을 하여 OP-앰프(U3)의 비반전 단자에 입력하고 그 출력전압을 비교기(U4)에 기준전압(Vref)으로 인가한다.
따라서, 입력 전압(Vin)이 변화하여 과전압검출(OV-sns)전압이 변화하더라도 기준전압(Vref)이 종래와 달리 고정되지 않고 입력 전압이 변화하는 만큼 변화하므로 비교기(U4)에 인가되는 전압의 차이는 항상 일정하게 된다.
따라서, 설정된 오픈되는 램프의 개수를 항상 만족시킬 수 있어 램프의 최대허용전류보다 큰 전류가 램프로 유입되는 것을 방지할 수 있고, 오픈되는 램프의 개수가 증가함으로서 출력전압이 상승하여 트랜스포머의 내압에 의한 아크 방전을 예방할 수 있다.
한편, 온도가 변화하여 램프의 내부 입력 임피던스가 변화하면, 과전압검출(OV-sns)전압이 변화하지만, 온도가 변화함에 따라 서미스터 저항(Rth)이 증가하므로, [수학식 2]로 나타낸 바와 같이, 저항(R8)과 (R9) 및 서미스터 저항(Rth)에 의해 보정된 전압이 기준전압(Vref)로 비교기(U4)에 인가된다.
따라서, 온도가 변화하여 과전압검출(OV-sns)전압이 변화하더라도 기준전압 (Vref)가 종래와 달리 고정되지 않고 온도변화에 따른 과전압검출(OV-sns)전압의 변화량만큼 변화하므로 비교기(U4)에 인가되는 전압의 차이는 항상 일정하게 된다.
도 2를 참조하면, 온도가 감소하더라도 과전압검출(OV-sns(normal))의 변화곡선에 대해 보정된 기준전압(Vref)(comp))도 변화하여 온도가 감소한 상태에서 과전압검출(OV-sns)(normal)전압보다 높게 유지됨을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면 중심치 입력전압과 상온에서 설정된 오픈되는 램프의 개수는 입력 전원전압과 온도가 변화하더라도 일정하게 유지할 수 있으며, 이에 따라 램프의 최대허용전류보다 큰 전류가 램프로 유입되는 것을 방지할 수 있고, 오픈되는 램프의 개수가 증가함으로서 출력전압이 상승하여 트랜스포머의 내압에 의한 아크 방전을 예방할 수 있다.
한편, 비교기(U4)에 순방향으로 직렬 연결된 다이오드(D4)는 설정된 개수 이상으로 램프가 오픈되는 경우 비교기 U4의 출력 '하이'를 인버터 컨트롤러 전압(U2 Vsns)단자에 공급하여 인버터 컨트롤러(U2)가 내부적으로 신호발생을 중지(shut-down)시킨다.
이때, 비교기(U4)의 출력은 한번 만 '하이'가 되더라도 인버터 컨트롤러 전압(U2 Vsns) 단자는 '하이'를 유지해야 한다. 따라서, 비교기(U4)의 출력이 다시 '로우'로 변화하더라도 다이오드(D4)가 오프됨으로써 인버터 컨트롤러 전압(U2 Vsns)단자는 계속적으로 '하이'를 유지하여 안정적으로 동작할 수 있다.
정상동작인 경우에는 캐패시터(C4)에 의해 인버터 컨트롤러 전압(U2 Vsns)이서서히 충전된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 실시예에 국한되어서는 안되며, 이하에 서술되는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 중심치 입력전압과 상온에서 설정된 오픈되는 램프의 개수는 입력 전압과 온도가 변화하더라도 일정하게 유지할 수 있으며, 이에 따라 램프의 최대허용전류보다 큰 전류가 램프로 유입되는 것을 방지할 수 있고, 검출한 오픈 램프수를 특정개수로 설정할 수 있다.
또한, 오픈되는 램프의 개수가 증가함으로서 출력전압이 상승하여 트랜스포머의 내압에 의한 아크 방전을 예방할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 트랜스포머의 출력단에 다수개의 램프들이 병렬로 연결되는 병렬구동 인버터 회로와;
    상기 병렬구동 인버터회로부터 과전압 검출전압 및 인버터 컨트롤러 전압을 분리 출력하는 디바이더와;
    상기 디바이더로부터 분리 출력된 과전압 검출전압과, 분배저항을 통해서 분배된 기준전압을 비교하여 비교 결과를 인버터 컨트롤러에 출력하는 비교기와;
    상기 비교기의 기준전압에는 입력 전압의 변화에 따라 변화되는 전압을 출력하는 OP 앰프를 포함하는 인버터의 과전압 보호 안정화회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비교기의 기준전압에는 온도 변화에 따라 저항값을 달리하는 서미스터 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 과전압 보호 안정화회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 OP 앰프는 입력 전압을 병렬로 연결된 제 1 및 제 2 저항을 통해서 하나의 입력단에 접속하고, 다른 입력단에는 그 출력단과 접속하며, 그 출력단은 제 3 저항과 서미스터 저항을 통해서 상기 비교기의 기준전압에 접속한 것을 특징으로 하는 인버터의 과전압 보호 안정화회로.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 비교기의 출력단에는 래치동작을 위한 다이오드가 순방향으로 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 인버터의 과전압 보호 안정화회로.
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