KR100801109B1 - 밸룬 트랜스포머 이용한 외부전극형광램프 구동회로 - Google Patents

밸룬 트랜스포머 이용한 외부전극형광램프 구동회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 밸룬 트랜스포머를 이용한 외부전극형광램프 구동회로에 관한 것이다. 본 발명은, 일정한 주파수의 펄스 신호를 생성하여 제공하는 함수발생기와, 상기 함수 발생기로부터 수신한 펄스 신호를 증폭하는 전력증폭기와, 상기 전력증폭기의 출력단자에 연결된 임피던스 정합부와, 공통단자는 접지되어있고, 입력단자는 상기 임피던스 정합부와 연결되어 있는 압전 변압기와, 상기 압전 변압기로부터 단선식 출력신호를 이선식 신호로 변환하기 위한 밸룬 트랜스포머를 구비하며, 상기 EEFL 부하의 하우징은 접지되어있고, 상기 밸룬 트랜스포머의 이선식 신호단자는 상기 EEFL 부하의 양쪽 전극에 연결되어 있다. 본 발명은, 외부전극형광램프를 구동함에 있어서 밸룬 트랜스포머를 구비함으로써 부하 저항을 양쪽에서 드라이브할 수 있도록 함으로써 양쪽 전극의 밝기 차이가 생기지 않도록 하는 효과를 가진다.
EEFL, 외부전극형광램프, 밸룬 트랜스포머, 밝기, 하우징

Description

밸룬 트랜스포머 이용한 외부전극형광램프 구동회로 {EEFL drive circuit using balun transformer}
도 1의 (a)는 종래의 외부전극형광램프를 구동회로를 도시한 도면이며, 도 1의 (b)는 종래의 외부전극형광램프 구동에 따른 램프의 밝기를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 EEFL 구동에 따른 효과를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 전극의 양단에 전압을 인가하는 것을 도식적으로 표현한 도면이며, (b)는 이 경우의 램프의 밝기의 분포를 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)는 1대1 트랜스포머를 이용하여 EEFL을 구동하는 구동회로를 도시한 도면이며, 도 3의 (b)는 1대1 트랜스포머를 이용하여 EEFL을 구동하는 등가회로를 도시한 도면이다.
도 4는 단권 트랜스포머를 이용하여 EEFL을 구동하는 구동회로를 도시한 도면이다.
<도면의 주요부분에 관한 부호의 설명>
303 - 함수 발생기 318 - EEFL 부하
306 - 전력 증폭기 321 - 1대1 트랜스포머
309 - 임피던스정합부 403 - 단권 트랜스포머
312 - 압전변압기 315 - 하우징
본 발명은 밸룬 트랜스포머 이용한 외부전극형광램프 구동회로에 관한 것으로 더욱 상세하게는 램프 하우징의 금속부를 접지시켜 외부전극형광램프의 양쪽 전극의 밝기를 동일하게 유지하도록 하는 밸룬 트랜스포머를 이용한 외부전극형광램프 구동회로에 관한 것이다.
최근 노트북, 휴대폰, PDA 등 휴대용 기기의 디스플레이 장치로 TFT LCD가 가장 널리 쓰이고 있다. TFT LCD의 가장 큰 약점은 자체적으로 발광 능력이 없어 뒤에 양질의 백광을 만들어 주어야 하는데 이러한 소자로 CCFL(Cold Cathode Flourscent Lamp: 냉음극형광램프), EEFL(External Electrode Flourscent Lamp: 외부전극형광램프), LED, 면광원 등 여러가지 형태의 광원이 제시되고 있다.
한편, 압전재료의 압전효과와 역압전효과를 이용하여 전압을 증폭하는 압전 변압기는 기존의 권선형 변압기에 비하여 전자노이즈의 문제가 적다. 또한, 승압비는 권선형의 경우 권선비에 의해 결정되나, 압전변압기의 경우 재료특성 및 전극구조, 치수 등에 의하여 결정된다. 그리고 출력전력 측면에서 고려해 볼 때, 특히 2차측을 고전압, 저전류로 변환하기 위해 권선형의 경우는 권선비를 증가시켜야 하 므로 그 만큼 누설 성분이 증가하게 되는 반면, 압전체를 이용한 압전 변압기는 전기-기계(1차측)-기계-전기(2차측) 결합을 이용하고 있으므로 효율이 90% 이상의 것을 실현할 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 2차측의 고전압, 저전류인 변압기는 부하가 고임피던스인 경우 임피던스 정합이 잘 이루어지며, 따라서 효율이 좋게 됨으로써 부하특성은 양호하게 되어 에너지 변환 효율을 증가시킨다. 따라서, 현재까지 고전압, 저전류의 특성을 가진 압전 변압기의 실현이 잘 이루어져 왔다. 하지만 이러한 압전변압기를 이용하여 EEFL을 구동하는 경우에도 부하의 한쪽 전극에만 구동전압을 인가하므로 EEFL 전극 양단의 밝기가 차이가 나는 문제점이 있었다.
도 1의 (a)는 종래의 외부전극형광램프를 구동회로를 도시한 도면이며, 도 1의 (b)는 종래의 외부전극형광램프 구동에 따른 램프의 밝기 분포를 도시한 그래프이다.
종래의 외부전극형광램프를 구동하기 위한 구동회로는 일정한 주파수의 펄스를 생성하여 제공하는 함수발생기(100)와, 상기 함수 발생기로부터 수신한 펄스 신호를 증폭하는 전력증폭기(103)와, 상기 전력증폭기의 출력단자에 연결되는 임피던스 정합부(106)와, 압전변압기(109)와 외부전극형광램프(External Electrode Flourscent Lamp 이하, EEFL)(112)를 구비하고 있다. 이때 상기 임피던스 정합부(106)는 인덕터이며, 상기 압전 변압기의 출력단자와 외부전극형광램프의 어느 한쪽 단자는 인덕터로 연결되어 있다. 또한, 압전 변압기는 전기적 에너지에서 기계적 에너지로, 기계적 에너지에서 전기적 에너지로의 변환을 이용하여 승압작용을 하게 된다.
종래에는 도 1의 (a)에서와 같이 부하의 한쪽 전극만을 드라이브하게 됨으로써 외부전극형광램프를 구동하였을 경우에 한쪽 전극에만 전압이 걸리게 되어 도 1의 (b)에서와 같이 한쪽 전극의 밝기는 밝고, 다른 쪽 전극으로 갈 수록 밝기가 흐려져서 양쪽 전극의 밝기 차이가 크게 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 압전 변압기를 이용하여 외부전극형광램프를 구동하는 경우에 있어서 밸룬 트랜스포머를 사용하여 부하 양단에 동일한 양의 전압이 걸릴 수 있도록 하고, 부하의 하우징을 접지하여 부하 저항을 양쪽에서 드라이브 할 수 있도록 함으로써 외부전극형광램프의 양쪽 전극의 밝기 차이를 보완할 수 있도록 하는 밸룬 트랜스포머 이용한 외부전극형광램프 구동회로를 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구동 회로는 일정한 주파수의 펄스 신호를 생성하여 제공하는 함수발생기와, 상기 함수 발생기로부터 수신한 펄스 신호를 증폭하는 전력증폭기와, 상기 전력증폭기의 출력단자에 연결된 임피던스 정합부와, 공통단자는 접지되어있고, 입력단자는 상기 임피던스 정합부와 연결되어 있는 압전 변압기와, 상기 압전 변압기로부터 단선식 출력신호를 이선식 신호로 변환하기 위한 밸룬 트랜스포머를 구비한다. EEFL 부하의 하우징은 접지되어있고, 밸 룬 트랜스포머의 평형 신호단자는 EEFL 부하의 양쪽 전극에 연결되어 있다. 이때, 임피던스 정합부는 인덕터인 것이 바람직하다.
또한, 밸룬 트랜스포머는 1대 1 트랜스포머 또는 단권 트랜스포머로 구성할 수 있다. 단권 트랜스포머는 전기적으로 직렬로 연결된 제 1결합소자와 제 2결합소자로 이루어진다. 제 1결합소자와 제 2결합소자는 동일 코어에 의해 자기적으로 결합되어진다. 두 소자를 연결하는 중앙 탭은 접지되어 있으며, 제 1결합소자의 다른쪽 단자는 압전 변압기의 단선식 출력단자와 EEFL 부하의 한쪽 전극에 연결되어 있으며, 제 2결합소자의 다른쪽 단자는 EEFL 부하의 다른쪽 전극에 연결되어 있다. 이때, 상기 제 1결합소자와 제 2결합소자는 인덕터인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 램프 전극의 양단에 전압을 인가함으로써 램프 양단에서의 밝기의 차이를 줄이고 있다. 도 2는 이러한 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a)에서와 같이 EEFL은 인버터로부터 인가되는 전압(Vo)에 의하여 방전되고, 관 내부의 양 끝에 서로 다른 극성으로 벽전하가 쌓인다. 이때, 서로 다른 극성의 벽전하 사이에는 벽전압(Vw)이 작용하며, 상기 벽전압(Vw)과 외부에서 인가된 전압(Vo)이 균형을 이루게 된다. 이후 형광램프의 인가전압(Vo)이 하강하여 0 V로 내려가면 벽전하 사이에 작용하는 벽전압(Vw)에 의하여 자기 방전이 발생한다. 이 자기방전은 고속 스위칭 방식에 의한 구형파 구동시 발생되는 효과이며, 일정 크기 이상의 인가전압(Vo)과 전압 상승 및 하강 시간이 빠를수록 자기방전에 의한 광출력이 커지게 된다.
이때, 도 2의 (a)에서와 같이 구성하면, 부하의 양단에 걸리는 전압은 동일하게 +Vo/2와 -Vo/2가 걸리게 된다. 따라서, 도 2의 (b)와 같이 밝기는 양쪽 끝이 밝고 가운데로 갈수록 어두워지게 되어, 종래의 부하의 한쪽 끝은 밝고 다른 쪽의 끝은 어두워져서 양쪽 부하의 밝기가 비대칭이 되는 현상을 보완할 수 있게 되었다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 밸룬 트랜스포머를 사용하여 본 발명의 EEFL 회로를 구동하는 과정에 대하여 설명한다.
도 3의 (a)는 1대1 트랜스포머를 이용하여 EEFL을 구동하는 구동회로를 도시한 도면이며, 도 3의 (b)는 1대1 트랜스포머를 이용하여 EEFL을 구동하는 등가회로를 도시한 도면이며, 도 4는 단권 트랜스포머를 이용하여 EEFL을 구동하는 구동회로를 도시한 도면이다.
도 3의 (a)에서와 같이 본 발명의 밸룬 트랜스포머를 포함한 구동회로는 함수발생기(303)와, 전력증폭기(306)와, 임피던스 정합부(309)와, 압전 변압기(312)와, 밸룬 트랜스포머(312, 403)를 구비한다.
함수 발생기(303)는 일정한 주파수의 펄스 신호를 생성하여 제공하며, 회로에서 필요로 하는 여러 가지 신호 소스를 만들어준다. 일반적으로, 함수발생기는 오실레이터로부터 생성되는 정현파, 정현파를 비교기에 입력하여 만들어지는 구형 파, 그리고 구형파를 적분하여 만들어지는 톱니파 등의 신호를 출력하는데, 본 발명에서는 필요에 따라 적절한 파형의 신호를 사용할 수 있으며 특정 파형의 신호에 한정되지 않는다. 함수 발생기(303)에서는 또한 설정 단자를 사용하여 출력 신호의 종류, 주파수, 진폭, DC 오프셋, 그리고 듀티비(Duty Ratio) 등을 조절할 수 있다.
전력증폭기(306)는 상기 함수 발생기로부터 수신한 펄스 신호를 증폭하는 역할을 수행하며, 임피던스 정합부(309)는 상기 전력증폭기의 출력단자에 연결되어 있다. 이때, 상기 임피던스 정합부(309)는 인덕터인 것이 바람직하다.
또한, 압전 변압기(312)는 전기적인 에너지를 기계적인 에너지로 변환하고, 이 기계적인 에너지를 다시 전기적인 에너지로 변환되는 과정에서 전압이 증가하는 트랜스듀서이며, 본 발명의 구동회로에서 상기 압전 변압기(312)의 입력단자는 상기 임피던스 정합부(309)와 연결되어 있으며 압전변압기(312)의 공통단자는 접지되어있다.
밸룬 트랜스포머는 압전 변압기(312)로부터 단선식(또는 불평형, unbalanced) 출력신호를 이선식(또는 평형, balanced) 신호로 변환하는 역할을 수행한다. 또한, EEFL 부하(318)의 하우징(315)은 접지되어있고, 상기 밸룬 트랜스포머의 이선식 신호단자는 EEFL 부하(318)의 양쪽 전극에 연결되어 있다.
밸룬 트랜스포머로는 1:1 트랜스포머(321)가 사용될 수 있다. 도 3의 (a)에서와 같이 1:1 트랜스포머를 이용하는 경우에 1:1 트랜스 양단에 V의 전압이 걸리면,
Vi = V + V1,
0 = V + V2,
Vi = V1 - V2,
V1 = -V2
가 된다. 이때 상기 V1 = -V2 = i * r이며, i는 램프에 흐르는 전류, r은 관저항의 0.5배이다.
부하 양단에 걸리는 전압은,
V1 = Vi/2
V2 = -Vi/2
이 된다.
즉, 부하 양단에 걸리는 전압은 동일하게 Vi/2, -Vi/2가 되며, 따라서 전극 양단에서 밝기는 동일하게 조정된다. 이때, 부하 램프와 금속 하우징 간에는 용량 성분이 존재하며, 이로 인한 임피던스를 고려하여 부하의 임피던스를 Z라 하면 하우징이 접지된 부하의 등가회로는 도 3의 (b)와 같이 나타날 수 있다.
또한, 밸룬 트랜스포머로는 단권 트랜스포머(403)를 사용할 수 있다. 즉, 도 4에서 보는 것과 같이 단권 트랜스포머는 직렬로 연결되고 동일 코어에 의해 자기적으로 결합되어있는 제 1결합소자와 제 2결합소자로 이루어진다. 두 소자를 연결하는 중앙 탭은 접지되어 있으며, 제 1결합소자의 다른쪽 단자는 압전 변압기의 단선식 출력단자와 EEFL 부하(328)의 한쪽 전극에 연결되어 있으며, 제 2결합소자의 다른쪽 단자는 EEFL 부하(328)의 다른쪽 전극에 연결되어 있다. 이때, 상기 제 1결합소자와 제 2결합소자는 인덕터인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 나선 인덕터이다.
상기와 같이 단권 트랜스포머를 이용하여 제 1결합소자와 제 2결합소자를 연결하는 중앙탭을 접지하면, 단권 트랜스포머의 양단에는 +Vi, -Vi의 전압이 각각 걸리게 된다. 결국, 부하를 한쪽에서만 드라이브하는 것이 아니라 양쪽에서 드라이브하는 것이 가능하다. 따라서 양쪽 전극의 밝기 차이가 발생하는 문제점을 보완하였다. 이와 같이, 본 발명에 따르면 가운데 부분에서의 밝기와 양쪽 끝에서의 밝기 차이가 종래 기술에서의 양 끝단에서의 밝기 차이보다는 적으므로, 전체적인 밝기가 종래보다는 비교적 균일해진다.
이상, 본 발명을 몇 가지 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상에서 벗어나지 않으면서 다양한 수정과 변경을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
이상 설명한 것처럼 본 발명에 따르면, 압전 변압기를 이용하여 외부전극형광램프를 구동하는 경우에 있어서 밸룬 트랜스포머를 사용하여 부하 양단에 동일한 양의 전압이 걸릴 수 있도록 하고, 부하의 하우징을 접지하여 부하 저항을 양쪽에서 드라이블 할 수 있도록 함으로써 외부전극형광램프의 양쪽 전극의 밝기 차이를 보완할 수 있도록 하는 밸룬 트랜스포머 이용한 외부전극형광램프 구동회로를 제공하는 효과를 가진다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 일정한 주파수의 펄스 신호를 생성하여 제공하는 함수발생기와,
    상기 함수 발생기로부터 수신한 펄스 신호를 증폭하는 전력증폭기와,
    상기 전력증폭기의 출력단자에 연결된 임피던스 정합부와,
    공통단자는 접지되어있고, 입력단자는 상기 임피던스 정합부와 연결되어 있는 압전 변압기와,
    상기 압전 변압기로부터 단선식 출력신호를 이선식 신호로 변환하기 위한 밸룬 트랜스포머와
    상기 밸룬 트랜스포머로부터 구동 전압을 인가받는 외부전극형광램프(EEFL)을 구비하며,
    상기 밸룬 트랜스포머는 단권 트랜스포머로 구현됨을 특징으로 하고, 상기 외부전극형광램프(EEFL)가 장착되는 하우징은 접지되고, 상기 단권 트랜스포머의 평형 신호단자는 상기 외부전극형광램프(EEFL)의 양쪽 전극에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 밸룬 트랜스포머 이용한 외부전극형광램프 구동회로.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 단권 트랜스포머는 직렬로 연결되고 동일 코어에 의해 자기적으로 결합되어있는 제 1결합소자와 제 2결합소자로 이루어지며, 두 소자를 연결하는 중앙 탭은 접지되어 있으며, 제 1결합소자의 다른쪽 단자는 압전 변압기의 단선식 출력단자와 상기 외부전극형광램프(EEFL)의 한쪽 전극에 연결되어 있으며, 제 2결합소자의 다른쪽 단자는 상기 외부전극형광램프(EEFL)의 다른쪽 전극에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 밸룬 트랜스포머를 이용한 외부전극형광램프 구동회로.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1결합소자와 제 2결합소자는 인덕터인 것을 특징으로 하는 밸룬 트랜스포머를 이용한 외부전극형광램프 구동회로.
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