KR100906452B1

KR100906452B1 - 냉음극 평면형 형광램프용 구동장치

Info

Publication number: KR100906452B1
Application number: KR1020070045103A
Authority: KR
Inventors: 정혜만; 하석진; 김종현; 김광복
Original assignee: 금호전기주식회사
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2009-07-08
Also published as: KR20080099499A

Abstract

본 발명은 평면형의 냉음극 형광램프를 구동하기 위해 고압 직류 입력 방식의 공진형 인버터를 구비한 냉음극 평면형 형광램프용 구동장치에 관한 것으로서, 교류 입력전원으로부터 서지를 제거하고 노이즈를 필터링하는 필터부; 상기 필터부를 통해 입력되는 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 출력되는 정류전원의 역률을 개선하고 입력전압을 승압하는 역률회로부; 상기 역률회로부에서 출력되는 직류전압을 구형파 형태의 고주파 교류전압으로 발진시키는 인버터부; 상기 인버터부에 구비된 스위칭소자의 발진주파수를 제어하는 주파수 제어부; 상기 인버터부에서 출력되는 구형파 교류전압을 정현파 교류전압으로 승압하여 냉음극 평면형 형광램프의 구동전압을 발생시키는 고전압 발생부; 및 상기 고전압 발생부에 흐르는 이상전류를 감지하여 상기 역률회로부 및 주파수 제어부의 동작을 차단하는 보호회로부를 포함하여 구성되어, 부하측 이상 발생시 회로 전체를 안정적으로 보호하는 효과를 갖는다.

CCFFL, 구동장치, 역률회로부, 인버터부, 주파수 제어부, 고전압 발생부, 보 호회로부, 보조전원부

Description

냉음극 평면형 형광램프용 구동장치{Driving apparatus for Cold Cathode Flat Fluorescent Lamp}

도 1은 본 발명에 따른 구동장치를 개략적으로 도시한 블록도

도 2는 본 발명에서 정류부의 구성을 보인 회로도

도 3은 본 발명에서 역률회로부 및 보조전원부의 구성을 보인 회로도

도 4는 본 발명에서 인버터부 및 주파수 제어부의 구성을 보인 회로도

도 5는 본 발명에서 고전압 발생부의 구성을 보인 회로도

도 6은 본 발명에서 보호회로부의 구성을 보인 회로도

도 7은 본 발명에 따른 인버터부 및 고전압 발생부의 각 부 동작파형도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 필터부 12 : 정류부

14 : 역률회로부 16 : 인버터부

18 : 주파수 제어부 20 : CCFFL

22 : 고전압 발생부 24 : 밝기조절수단

26 : 보호회로부 28 : 보조전원부

본 발명은 냉음극 평면형 형광램프용 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평면형의 냉음극 형광램프를 구동하기 위해 고압 직류 입력 방식의 공진형 인버터를 구비한 냉음극 평면형 형광램프용 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로, 종래 조명장치는 유리관의 양단에 필라멘트 전극을 구비하고, 유리관 내부에는 아르곤(Ar), 네온(Ne), 및 소량의 수은(Hg)을 봉입하며, 유리관 내벽에 가시광선을 방출하는 형광체를 도포한 열음극 형광램프(HCFL; Hot Cathode Fluorescent Lamp)가 주를 이루었다. 이러한 열음극 형광램프는 필라멘트 전극에 높은 관전류를 가하여 열전자 방출을 유도하고, 필라멘트에서 방출된 열전자가 유리관 내부의 봉입 가스와 반응하여 자외선을 생성하며, 이 자외선이 형광체를 여기시켜 가시광선을 방출하도록 작동된다.

그러나 필라멘트 전극에서 열전자를 방출하기 위해서는 높은 관전류를 인가해야 하며, 이러한 높은 관전류는 형광체를 열화시키거나 필라멘트 표면에 입혀진 에미션 파우더를 손상시켜 램프의 수명을 조기에 마감시키는 원인으로 작용한다. 따라서 이를 대체하는 형광램프의 개발이 요구되고 있으며, 냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp)는 낮은 관전류로 점등을 이루는 방식으로서, 열음극 형광램프의 단점을 보완하는 형광램프로서 각광받고 있다.

한편, 근래에 들어 LCD(Liquid Crystal Display)가 널리 보급되면서, 자체적으로 발광하지 못하는 LCD의 시인성 확보를 위해 LCD의 배면에 장착되어 LCD를 조명하는 백라이트유닛(BLU; Back Light Unit)의 개발이 이루어지고 있다. 종래 LCD의 백라이트유닛은 위와 같은 CCFL 및 CCFL의 선형 광을 면상으로 확산시키는 도광판을 포함하여 구성되었다. 하지만, 광효율이 떨어지고 LCD의 대형화에 대응이 곤란한 문제점으로 인해, 최근에는 다양한 방식의 평면형 형광램프가 다각도로 개발되고 있다.

일예로서, HCFL에 대비되는 CCFL의 장점을 살려, CCFL을 평면화 시킨 CCFFL(Cold Cathode Flat Flourescent Lamp)에 대한 연구, 개발이 다각도로 진행중에 있다. CCFFL은 평면 상에 음극을 배열하는 구조를 갖는 것으로서, CCFL에 비해 고압의 직류 구동전원(대략 DC 400V)을 필요로 한다. 즉, HCFL의 장점을 해결하기 위한 평면형 조명장치의 개발이 가속되기 위해서는, CCFFL을 구동하기에 적합한 안정기, 즉, 고효율, 고역률, 장수명 특성을 가지며 고압의 직류 구동전원을 발생시키는 냉음극 평면형 형광램프용 구동장치의 개발이 시급히 요구된다 하겠다.

본 발명은 상기하는 바와 같이 종래의 HCFL을 대체하는 CCFFL을 안정정적으로 점등할 수 있도록 하는 냉음극 평면형 형광램프용 구동장치를 제공하기 위한 것으로서, 고전압 발생부의 공진인덕터에 흐르는 전류를 검출하여 역률회로부의 PFC IC 및 주파수 제어부에 구비된 주파수 제어 IC에 공급되는 구동전원을 차단시켜 회 로를 보호할 수 있도록 한 냉음극 평면형 형광램프용 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉음극 평면형 형광램프용 구동장치는, 교류 입력전원으로부터 서지를 제거하고 노이즈를 필터링하는 필터부; 상기 필터부를 통해 입력되는 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류부; 상기 정류부에서 출력되는 정류전원의 역률을 개선하고 입력전압을 승압하는 역률회로부; 상기 역률회로부에서 출력되는 직류전압을 구형파 형태의 고주파 교류전압으로 발진시키는 인버터부; 상기 인버터부에 구비된 스위칭소자의 발진주파수를 제어하는 주파수 제어부; 상기 인버터부에서 출력되는 구형파 교류전압을 정현파 교류전압으로 승압하여 냉음극 평면형 형광램프의 구동전압을 발생시키는 고전압 발생부; 및 상기 고전압 발생부에 흐르는 이상전류를 감지하여 상기 역률회로부 및 주파수 제어부의 동작을 차단하는 보호회로부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 고전압 발생부에는 인버터부의 출력단 일측에 직렬 연결되는 공진인덕터가 구비되고, 상기 보호회로부는 상기 공진인덕터 보조권선에 유기되는 이상신호를 검출하는 이상신호 검출부와, 상기 이상신호 검출부에서 검출된 신호를 설정치와 비교하여 이상 여부를 판단하는 비교부와, 상기 비교부에서 이상신호임이 판단되면 상기 역률회로부 및 주파수 제어부에 공급되는 전원을 차단하는 처리부로 구성된다.

일예로서, 상기 이상신호 검출부는 상기 공진인덕터 보조권선에 연결되어 공진인덕터 보조권선에 유기되는 교류 성분의 신호를 직류 성분으로 변환하는 다이오드 및 커패시터와, 직류 성분으로 변환된 신호를 분압하는 다수의 저항들을 포함하며, 상기 비교부는 상기 이상신호 검출부에 역바이어스 연결되어 이상신호가 항복전압을 초과할 때 턴온되는 제너다이오드를 포함하며, 상기 처리부는 상기 제너다이오드가 항복될 때 역률회로부 및 주파수 제어부에 공급되는 전원을 접지측으로 바이패스 시키는 스위칭수단을 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 냉음극 평면형 형광램프(이하 'CCFFL'이라 칭함)용 구동장치는 CCFFL을 구동하기 위해 특화된 구동장치이다. 이하에서 설명될 본 발명의 구동장치는 종래 HCFL 구동장치 혹은 CCFL 구동장치와 달리 교류전원을 입력받아 고압의 직류전원(대략 DC 400V)으로 승압하여 CCFFL을 점등시킨다. 다음의 설명에서는 종래 일반적인 형광램프용 구동장치와 유사한 부분에 대해서는 자세한 설명을 생략하며, 본 발명에 있어 특화된 회로구성에 대하여 중점적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 구동장치를 개략적으로 보인 블록도이다. 이를 참조하면, 본 발명의 CCFFL용 구동장치는 상용교류전원(AC 220V, 60Hz)을 입력받아 서 지 및 노이즈를 필터링하는 필터부(10)와, 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류부(12)와, 정류된 전원의 역률을 개선하고 입력전압을 승압하는 부스트 컨버터를 포함하는 역률회로부(14)와, 역률회로부(14)에서 출력된 직류전압을 구형파 형태의 고주파 교류전압으로 발진시키는 인버터부(16)와, 인버터부(16)에 구비된 스위칭소자의 발진주파수를 제어하는 주파수 제어부(18)와, 인버터부(16)에서 출력되는 구형파 교류전압을 정현파 교류전압으로 승압하여 CCFFL(20)의 구동전압을 발생시키는 고전압 발생부(22)로 구성된다.

바람직하게는, 상기 주파수 제어부(18)는 외부의 밝기조절수단(24)에서 입력되는 신호에 따라 인버터부(16)의 발진주파수를 제어하여 CCFFL(20)의 디밍 제어를 가능하게 하며, 고전압 발생부(22)에 구비된 공진인덕터(L5)의 2차 보조권선(L5-1)에는 이상전압 유기시 역률회로부(14) 및 주파수 제어부(18)에 인가되는 구동전원을 차단하는 보호회로부(26)가 연결된다. 또한, 역률회로부(14)의 입력단에는 역률회로부(14) 및 주파수 제어부(18)에 구비된 집적회로(Integrated circuit)의 구동전원을 발생시키기 위한 보조전원부(28)가 더 구비될 수 있다.

상기 필터부(10)는 상용교류전원(220V, 60Hz)을 통해 입력되는 서지 및 노이즈를 필터링하는 것으로서, 통상 알려진 EMI 필터로 구성된다. 한편, 본 실시예에서는 CCFFL용 구동장치의 입력전원으로서 상용교류전원을 예시하였으나, 본 발명은 그 외 다양한 입력전원 방식으로 구동될 수 있으며, 입력전원 방식이 달라짐에 따라 필터부(10)의 구성 역시 달라질 수 있다.

도 2는 본 발명에서 정류부의 구성을 보인 회로도이다. 도시된 바와 같이, 정류부(12)는 입력되는 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류회로부(12a)와, 정류회로부(12a)에서 정류된 직류전압으로부터 고조파 성분을 제거하는 필터회로부(12b)로 구성된다. 정류회로부(12a)는 네 개의 다이오드로 이루어진 브리지 다이오드(D1)에 의한 전파 정류를 기본으로 하며, 회로 사이즈를 최대한 컴팩트하게 구성하기 위해 브리지 다이오드(D1)는 단일의 칩에 집적된 형태로 제공된다. 브리지 다이오드(D1)에 의해 정류된 전원에는 상기 필터부(10)에서 제거하지 못한 고조파 노이즈가 포함되어 있다. 상기 필터회로부(12b)는 이와 같은 고조파 성분을 제거하기 위해, 브리지 다이오드(D1)의 출력단에 각기 병렬 접속되는 두 개의 커패시터(C1, C2)와, 각 커패시터(C1, C2)의 일단에 직렬 연결되는 인덕터(L1)로 구성된다. 이러한 필터회로부(12b)는 LC 공진회로를 구성하여 고조파 성분을 제거하는 동시에, 정류회로부(12a)의 출력을 평활하는 역할을 한다.

도 3은 본 발명에서 역률회로부 및 보조전원부의 구성을 보인 회로도이다. 본 발명에서 역률회로부(14)는 무효전력을 억제하여 역률을 개선하는 동시에, CCFFL(20)의 점등을 위한 고압 직류전압을 발생시키기 위해 정류부(12)에서 출력되는 직류전압을 승압하는 역할을 한다. 도 3을 참조하면, 역률회로부(14)는 PFC(Power Factor Correction) IC(U1)와, PFC IC(U1)의 출력신호에 의해 구동되는 스위칭소자(Q1)와, 정류부(12)의 출력단 양단에 연결되며 상기 스위칭소자(Q1)의 구동에 의해 정류부(12)의 출력이 선택적으로 인가되는 인덕터(L2)를 포함하여 구성된다. 바람직하게는, 상기 스위칭소자(Q1)는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이다. 도시된 바와 같이, 역률회로부(14)는 MOSFET(Q1)의 스위칭에 의해 인덕터(L2) 양단에 인가되는 입력전원이 ON/OFF되고, 이에 따라 전류의 충방전 작용에 의해 출력전압을 상승시키는 승압 변환기(Boost Converter)이다.

보다 상세하게, 상기 PFC IC(U1)는 정류부(12)의 출력단에 병렬 접속된 다수개의 저항(R1, R2, R3)들과 이 저항들에 직렬로 연결된 제너다이오드(D3)로부터 기동전원을 공급받는다. 이후 후술되는 보조전원부(28)에서 공급되는 정전압에 의해 구동된다. PFC IC(U1)는 입력전압정보, 상기 인덕터(L2)에 흐르는 전류정보, 출력전압정보, 상기 MOSFET(Q1)에 흐르는 전류정보를 수집한다. 각각의 정보들은 다음의 회로구성을 통하여 PFC IC(U1)의 입력단자측에 제공된다. 도시된 바와 같이, PFC IC(U1)의 3번핀에는 정류부(12)의 출력단 양단에 다수개의 저항(R4, R5, R6, R7)들이 연결되어 형성된 분압회로가 연결되며, PFC IC(U1)는 이 분압회로로부터 입력전압정보를 수집한다. PFC IC(U1)의 5번핀에는 상기 인덕터(L2)의 제1보조권선(L2-1) 및 이 제1보조권선(L2-1)에 직렬 연결되는 저항(R9)이 연결되며, PFC IC(U1)는 인덕터(L2)의 제1보조권선(L2-1)으로부터 인덕터(L2)에 흐르는 전류정보를 수집한다. PFC IC(U1)의 1번핀에는 역률회로부(14)의 출력단 양단에 다수개의 저항(R11, R12, R13, R14)들이 연결되어 형성된 분압회로가 연결되며, PFC IC(U1)는 이 분압회로로부터 출력전압정보를 수집한다. PFC IC(U1)의 4번핀에는 MOSFET(Q1)의 소스단자와 접지측 사이에 다수개 저항(R15, R16, R17, R18, R19)들이 병렬 접속되고, 그 접속점에 직렬 연결된 저항(R8)이 직렬 연결되며, 저항 R8로부터 MOSFET(Q1)에 흐르는 전류정보를 수집한다. PFC IC(U1)는 위와 같은 회로구성을 통해 수집된 정보들을 연산하여 MOSFET(Q1)의 게이트 구동신호를 발생시킨다. 즉, PFC IC(U1)는 MOSFET(Q1)의 드라이브 전압을 제어하여 입력전원의 역률을 개선하고, 인덕터(L2)에 공급되는 전원을 단속하여 입력전압을 승압하는 역할을 한다.

상기 보조전원부(28)는 상기 인덕터(L2)의 제2보조권선(L2-2)에 유기되는 전압을 평활시켜, 역률회로부의 PFC IC(U1) 및 후술되는 주파수 제어부(18)의 주파수 제어 IC(U2)의 구동전원을 발생시키는 회로이다. 보조전원부(28)는 인덕터(L2)의 제2보조권선(L2-2)에 직렬 접속되는 인덕터(L3) 및 병렬 접속되는 커패시터(C9)로 이루어진 평활회로부를 포함한다. 인덕터(L3)와 커패시터(C9)는 인덕터(L2)의 제2보조권선(L2-2)에 인가되는 보조전원을 평활하는 역할을 한다. 또한, 커패시터(C9)의 후단에는 정전압 발생을 위한 제너다이오드(D5)와 트랜지스터(Q2)를 조합한 선형전압조정기(Linear Voltage Regulator)가 연결되어, 각 IC(U1, U2)에 안정적인 전원을 공급하도록 한다.

도 4는 본 발명에서 인버터부 및 주파수 제어부의 구성을 보인 회로도이다. 이를 참조하면, 인버터부(16)는 반브리지(Half Bridge) 구조를 가지며, 주파수 제어부(18)에서 발생되는 스위칭 주파수에 의해 상호 180도의 위상차로 스위칭되는 한 쌍의 스위칭소자(Q11, Q12)를 포함하여 구성된다. 바람직하게, 한 쌍의 스위칭소자(Q11, Q12)는 MOSFET이다. 각각의 MOSFET(Q11, Q12)에는 직류 분압을 위해 병렬로 커패시터(C14, C15)가 접속된다. 또한, 각각의 MOSFET(Q11, Q12) 내부에는 영전압 스위칭(Zero Voltage Switching)을 위해, 역방향 다이오드(Body Diode)가 설치된다. 이 역방향 다이오드(Body Diode)는 후술되는 고전압 발생부(22)의 공진인 덕터(L5)에 흐르는 전류에 의해 턴온되어 각 MOSFET(Q11, Q12)이 턴온될 때 발생할 수 있는 스위칭 손실을 없애는 역할을 한다. MOSFET는 고전류에 매우 취약한 특성을 가지며, 인버터부(16)의 MOSFET(Q11, Q12) 중 어느 하나에 이상이 발생될 경우, 본 발명의 구동장치는 치명적인 고장이 발생될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 각각의 MOSFET(Q11, Q12)를 이상전류로부터 보호하기 위하여, 도시된 바와 같이 MOSFET(Q11, Q12) 각각의 게이트단자와 소스단자 사이에 보호저항(R27, R28)을 설치한다.

상기 주파수 제어부(18)는 인버터부(16)의 MOSFET(Q11, Q12)를 교번으로 스위칭하기 위한 스위칭 주파수를 발생시키는 주파수 제어 IC(U2)를 포함한다. 주파수 제어 IC(U2)의 입력단자에는 역률회로부(14)의 출력단과의 사이에 저항(R21, R22)과 커패시터(C13)가 연결되며, 주파수 제어 IC(U2)는 이 저항(R12, R22)과 커패시터(C13)의 일정한 시정수에 의해 발진주파수를 생성한다. 주파수 제어 IC(U2)는 발진주파수로부터 180도 위상차를 가지며 펄스폭비(Duty ratio)가 50%인 두 개의 구형파 신호를 발생시킨다. 이 두 개의 구형파 신호는 각기 MOSFET Q1과 MOSFET Q2에 공급된다.

본 발명의 주파수 제어부(18)는 종래 발진용 인덕터를 사용하던 방식과 달리, 주파수 제어 IC(U2)를 이용하여 고정 주파수 제어와 가변 주파수 제어를 선택적으로 구현할 수 있도록 한다. 우선, 주파수 제어 IC(U2)의 입력단자에 연결된 가변저항(R21)을 조정하여 고정된 발진주파수를 설정할 수 있다. 또한, 주파수 제어 IC(U2)의 입력단자에는 광결합기(Photocoupler, PC)를 매개로 하여 밝기조절수 단(24)이 더 연결될 수 있다. 일예로서, 밝기조절수단(24)은 외부의 수동 조작 가능한 볼륨스위치일 수 있다. 다른 예로서, 밝기조절수단(24)은 주변 조도를 감지하는 포토센서일 수 있다. 주파수 제어 IC(U2)의 입력단자에는 광결합기(PC)의 연결을 선택적으로 스위칭하는 스위치(SW1)가 설치된다. 따라서, 스위치(SW1)를 조작하여 주파수 제어부(18)는 RC 시정수에 의한 고정 주파수 제어와 밝기조절수단(24)에 의한 가변 주파수 제어를 선택하여, 인버터부(16)의 MOSFET(Q11, Q12)에 인가되는 스위칭 주파수를 제어할 수 있다. 한편, 외부의 밝기조절수단(24)이 광결합기(PC)를 매개로 주파수 제어 IC(U2)에 연결됨에 따라 외부 신호와 전기적으로 절연하고, 외부 신호로부터 발생될 수 있는 노이즈를 제거할 수 있다.

도 5는 본 발명에서 고전압 발생부의 구성을 보인 회로도이다. 이를 참조하면, 상기 고전압 발생부(22)는 인버터부(16)에서 생성된 고주파 교류전압을 CCFFL(20)에 공급하는 것이다. 본 발명의 고전압 발생부(22)는 종래 CCFL 구동장치에서 두 개의 고압 변압기를 이용하고, 변압기 내부의 누설 인덕턴스(Leakage Inductance)를 이용하여 구형파 전압을 정현파 전압으로 변환하던 것과 달리, 단일의 고압 변압기(TR1)를 사용하여 변압기 손실을 저감하며, 공진인덕터(Resonance Inductor)를 채용하여 CCFFL(20) 구동을 위한 최대전력 전달점을 설정한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 고전압 발생부(22)는 공진인덕터(L5)와, 공진인덕터(L5)에서 변환된 정현파 전압을 고압으로 승압하는 승압회로부(22a)로 구성된다. 승압회로부(22a)는 하나의 고압 변압기(TR1)과 두 개의 커패시터(C21, C22)로 구성되며, 고압 변압기(TR1)의 1차측 권선은 공진인덕터(L5)와 직렬 연결되고, 고압 변 압기(TR1)의 2차측 권선은 두 개의 커패시터(C21, C22)와 병렬 공진회로를 구성하여 CCFFL(20)에 연결된다.

고전압 발생부(22)의 공진인덕터(L5)는 본 발명의 구동장치의 이상상태 신호 검출을 위한 제1보조권선(L5-1)을 포함하며, 공진인덕터(L5)의 제1보조권선(L5-1)에는 보호회로부(26)가 더 연결될 수 있다.

도 6은 본 발명에서 보호회로부의 구성을 보인 회로도이다. 이를 참조하면, 보호회로부(26)는 고전압 발생부(22)의 공진인덕터 보조권선(L5-1)으로부터 공진인덕터(L5)에 흐르는 전류를 검출하고, 검출된 전류가 설정치 이상으로 올라가면 역률회로부(14) 및 주파수 제어부(18)의 작동을 차단하는 역할을 한다. 따라서, CCFFL(20)의 개방 또는 소손에 따른 이상전류 발생시 본 발명의 구동장치 고장 및 화재와 같은 2차 사고를 방지한다.

도 6을 참조하면, 보호회로부(26)는 공진인덕터 보조권선(L5-1)에 유기되는 이상신호를 검출하는 이상신호 검출부(26a)와, 검출된 이상신호를 설정치와 비교하여 이상 여부를 판단하는 비교부(26b)와, 비교부(26b)에서 이상신호임이 판단되면 역률회로부(14) 및 주파수 제어부(18)에 공급되는 전원을 차단하는 처리부(26c)로 구성된다.

상기 비교부(26b)는 공진인덕터 보조권선(L5-1) 일측에 역바이어스 연결된 제너다이오드(D31)를 포함한다. 상기 이상신호 검출부(26a)는 제너다이오드(D31) 전단에 설치되는 것으로서, 공진인덕터 보조권선(L5-1)에 유기되는 교류 성분의 신호를 직류 성분의 신호로 변환하는 다이오드(D32) 및 커패시터(C34)와, 상기 제너 다이오드(D31)의 동작 기준전위를 만들기 위한 저항(R33, R34)들의 분압회로로 구성된다. 상기 처리부(26c)는 제너다이오드(D31)가 항복될 때 역률회로부(14)의 PFC IC(U1) 및 주파수 제어부(18)의 주파수 제어 IC(U2)에 공급되는 구동전원을 접지측으로 바이패스되도록 스위칭하는 것이다. 바람직하게, 처리부(26c)는 2단 트랜지스터(Q31, Q32) 및 저항(R31, R32)과 커패시터(C31, C32)의 조합으로 구성된다. 처리부(26c)는 종래 보호회로에서 주로 이용되던 SCR에 비해 유지전류(Holding Current) 손실을 크게 저감시킨다.

도 7은 본 발명에 따른 인버터부 및 고전압 발생부의 각 부 동작파형도이다. 도 7에 도시된 각 파형은 순차로 인버터부(16)의 각 MOSFET Q11 및 Q12의 게이트단자와 소스단자 사이에 인가되는 게이트 구동파형 Vgs1 및 Vgs2, 인버터부(16)의 각 MOSFET Q11 및 Q12의 게이트 구동신호에 따른 MOSFET Q11 및 Q12의 드레인단자와 소스단자 양단간 전압 Vds1 및 Vds2, 인버터부(16)의 출력 전압파형 Vuv이며, 인버터부(16)의 출력 전압파형에 점선으로 도시된 파형은 고전압 발생부(22)의 공진인덕터(L5)에 흐르는 전류파형 iL이다.

설명의 편의를 위하여, 각 동작파형의 시점들을 t0~t6으로 쪼개고, 각 시점 사이의 동작모드를 mode1~mode6으로 구분하여 설명한다.

도 7의 각부 동작 파형도에서 mode1의 시점 t0에서 MOSFET Q11이 턴온되며, 공진인덕터(L5) 전류 iL은 MOSFET Q12를 통해서 음 방향으로 mode1 구간 동안 흐른다. mode2의 시점 t1에서 MOSFET Q12가 턴오프되면, 공진인덕터(L5) 전류 iL에 의하여 MOSFET Q12의 커패시터가 충전되어 Tc 구간 동안 MOSFET Q12의 드레인단자와 소스단자 양단간 전압 Vds2는 Vs/2만큼 상승한다. 또한, 이미 턴오프 된 MOSFET Q11 내부에 설치되어 있는 역방향 다이오드(Body Diode)는 공진인덕터(L5) 전류 iL에 의해 턴온되고, MOSFET Q11의 드레인단자와 소스단자 양단간 전압 Vds1은 Vs/2에서 기준전압(0V)으로 Tc 구간 동안 감소하게 된다.

앞서 설명한 바와 같이, 공진인덕터(L5) 전류 iL에 의해 MOSFET Q11의 드레인단자와 소스단자 양단간 전압 Vds1을 0V로 만들 수 있으므로, 즉, 공진인덕터(L5) 전류 iL에 의해 MOSFET Q11의 내부에 설치되어 있는 역방향 다이오드(Body Diode)가 켜져 있는 mode2에서부터 mode3까지의 구간동안 MOSFET Q11의 게이트단자와 소스단자 사이에 게이트 구동신호를 인가하여 MOSFET Q11을 턴온시켜 줌으로써, MOSFET이 턴온될 때 발생하는 스위칭 손실을 억제하여 영전압 스위칭을 달성하게 한다. 그리고 MOSFET Q12는 mode4에서부터 mode6 구간 동안 위와 동일한 과정으로 진행된다.

또한, 각각의 MOSFET(Q11, Q12)가 동시에 켜지는 것을 방지하기 위해 일정한 지연시간 Td를 확보하였다. 그러나 필요 이상의 지연시간은 인버터 회로에서 손실로 작용하므로, MOSFET(Q11, Q12) 내부 캐패시터가 충전에 필요한 시간 Tc를 충분히 고려하여 최소한의 시간으로 설정하게 한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 냉음극 평면형 형광램프용 구동장치는 CCFFL(20)의 안정적인 점등을 위해 특화된 구동장치로서, 본 발명의 각 구성품은 다음과 같은 특징을 갖는다.

본 발명의 역률회로부(14)는 입력전원의 역률을 개선하고 CCFFL(20)의 점등 을 위한 고압 직류전압을 발생시키기 위해 승압 변환기(Boost Converter) 구조로 이루어진다. 역률회로부(14)는 능동집적회로인 PFC IC(U1)를 이용하여 스위칭소자(Q1)을 스위칭 구동하며, 스위칭소자(Q1)에 의해 인덕터(L2)에 인가되는 전원을 단속함으로써, 역률 개선과 함께 정류부(12)의 출력을 고압의 직류 전압으로 승압한다. 따라서, 고역률의 CCFFL용 구동장치를 제공할 수 있게 된다.

본 발명의 인버터부(16)는 반브리지 구조를 가지며, 역방향 다이오드를 내장한 MOSFET(Q11, Q12)을 이용하여 영전압 스위칭을 달성한다. 따라서, 고압의 입력전원을 스위칭함에 따라 발생될 수 있는 스위칭 손실을 최소화한다. 또한, 고압의 입력전원을 스위칭함에 따라 MOSFET(Q11, Q12)의 손상이 발생될 수 있으므로, MOSFET(Q11, Q12)의 보호를 위해 각 MOSFET(Q11, Q12)의 게이트단자와 소스단자 사이에 보호저항을 설치한다.

본 발명의 주파수 제어부(18)는 인버터부(16)의 각 MOSFET(Q11, Q12) 게이트단자에 180도의 위상차를 갖는 구형파 신호를 공급하는 것으로서, 본 발명에서는 종래 구동장치에서 발진자를 이용하여 인버터의 스위칭신호를 제공하던 것과 달리, 주파수 제어 IC(U2)를 이용하여 MOSFET(Q11, Q12)의 스위칭 주파수를 제어함으로써, RC 시정수에 의한 고정 주파수 방식의 제어와 외부의 밝기조절수단(24)에 의간 가변 주파수 방식의 제어를 선택적으로 수행할 수 있다. 이때, 외부의 밝기조절수단(24)은 광결합기(PC)를 매개로 주파수 제어 IC(U2)의 입력단자에 연결됨으로써, 외부 신호에 의한 노이즈를 억제한 상태에서 CCFFL(20)의 디밍 제어를 실현할 수 있다.

본 발명의 고전압 발생부(22)는 공진인덕터(L5)를 이용하여 구형파 형태의 전압을 정현파 전압으로 변환하며, CCFFL(20)의 점등을 위해서는 단일의 고압 변압기(TR1)를 이용한다. 따라서, 종래 두 개의 고압 변압기를 이용하던 방식에 비해 변압기 손실을 크게 저감하며, 인버터 효율을 크게 개선시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 보호회로부(26)는 CCFFL(20)의 출력을 검출하는 방식이 아닌, 공진인덕터(L5)의 보조권선(L5-1)으로 공진인덕터(L5)에 흐르는 이상전류를 검출하는 방식을 이용한다. 따라서, CCFFL(20)의 구동에 간섭을 주지 않으면서, 초기 램프 점등 실패 및 부하측 이상전류를 검출하며, 인버터부(16)의 MOSFET(Q11, Q12)뿐만 아니라, 역률회로부(14)의 MOSFET(Q1)을 포함한 회로 전체 구성품을 보호하도록 작동한다. 바람직하게는, 보호회로부(26)는 이상전류 검출시, 역률회로부(14)의 PFC IC(U1)와 주파수 제어부(18)의 주파수 제어 IC(U2)에 공급되는 구동전원을 접지측으로 바이패스 시킴으로써, 구동장치 전체 회로를 보다 안전하게 보호하도록 구성된다.

나아가서, 본 발명의 CCFFL용 구동장치는 다수의 능동집적회로를 이용함으로써, 제품의 소형, 경량 설계를 가능하게 하며, 이는 CCFFL에 구동장치를 일체로 설계할 수 있도록 하는 장점을 갖는다.

이상 설명한 본 발명은 CCFFL을 구동하기 위한 CCFFL 전용 구동장치로서, 본 발명에 의해 구동되는 CCFFL은 LCD의 백라이트유닛 또는 독립 조명장치 등 다양한 조명장치 분야에서 사용될 수 있음은 자명할 것이다. 또한, 본 발명의 CCFFL용 구 동장치는 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 CCFFL의 용도에 따라 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉음극 평면형 형광램프용 구동장치는 공진인덕터의 보조권선을 이용하여 램프의 점등 실패 및 부하측 이상전류를 검출하여 역률회로부 및 주파수 제어부의 전원공급을 차단함으로써, 회로 전체 구성품들, 특히, 역률회로부의 MOSFET과 인버터부의 MOSFET을 안정적으로 보호할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

교류 입력전원으로부터 서지를 제거하고 노이즈를 필터링하는 필터부;

상기 필터부를 통해 입력되는 교류전원을 직류전원으로 정류하는 정류부;

상기 정류부에서 출력되는 정류전원의 역률을 개선하고 입력전압을 승압하는 역률회로부;

상기 역률회로부에서 출력되는 직류전압을 구형파 형태의 고주파 교류전압으로 발진시키는 인버터부;

상기 인버터부에 구비된 스위칭소자의 발진주파수를 제어하는 주파수 제어부;

상기 인버터부에서 출력되는 구형파 교류전압을 정현파 교류전압으로 승압하여 냉음극 평면형 형광램프의 구동전압을 발생시키는 고전압 발생부; 및

상기 고전압 발생부에 흐르는 이상전류를 감지하여 상기 역률회로부 및 주파수 제어부의 동작을 차단하는 보호회로부를 포함하되,

상기 인버터부는 상기 주파수 제어부에서 발생된 구형파 신호에 의해 상호 교번으로 스위칭되는 한 쌍의 스위칭소자를 구비하고, 상기 주파수 제어부는 상기 각 스위칭소자 게이트단자에 상호 180도의 위상차를 갖는 구형파 신호를 출력하는 주파수 제어 IC와, 상기 역률회로부의 출력단과 상기 주파수 제어 IC의 입력단 사이에 연결되어 상기 주파수 제어 IC의 발진주파수 설정을 위한 RC 시정수를 생성하는 저항 및 커패시터를 포함하며,

상기 주파수 제어 IC의 입력단에는 광결합기를 매개로 하여 밝기조절수단이 더 연결되며,

상기 고전압 발생부에는 인버터부의 출력단 일측에 직렬 연결되는 공진인덕터가 구비되고,

상기 보호회로부는,

상기 공진인덕터 보조권선에 연결되어 공진인덕터 보조권선에 유기되는 교류 성분의 신호를 직류 성분으로 변환하는 다이오드 및 커패시터와, 직류 성분으로 변환된 신호를 분압하는 다수의 저항들을 포함하는 이상신호 검출부와,

상기 이상신호 검출부에 역바이어스 연결되어 이상신호가 항복전압을 초과할 때 턴온되는 제너다이오드를 포함하는 비교부와,

상기 제너다이오드가 항복될 때 상기 역률회로부 및 상기 주파수 제어부에 공급되는 전원을 접지측으로 바이패스 시키는 스위칭수단을 포함하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극 평면형 형광램프용 구동장치.
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