KR101300349B1

KR101300349B1 - 가변 주파수 발진기를 이용한 백라이트 제어용 인버터

Info

Publication number: KR101300349B1
Application number: KR1020110021076A
Authority: KR
Inventors: 장유진
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2013-08-28
Also published as: KR20120103056A; US20120229042A1

Abstract

가변 주파수 발진기를 이용한 백라이트 제어용 인버터가 개시된다. 가변 주파수 발진기를 이용한 백라이트 제어용 인버터는 전류에 의한 제1 커패시터의 충방전을 통해 가변 주파수를 가지는 기준파형을 생성하는 주파수 가변 오실레이터와, 복수의 램프들에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압과 제1 기준전압과의 제1 오차전압 및 기준파형에 기초하여 상기 램프를 구동하기 위한 스위칭 신호를 생성하는 메인 스위칭 신호 생성부를 포함할 수 있다. 이를 통해, 램프 등의 회로 소자가 손상되는 것을 방지하고, 램프의 휘도를 일정하게 유지할 수 있다.

Description

가변 주파수 발진기를 이용한 백라이트 제어용 인버터{INVERTER FOR CONTROLLING BACKLIGHT USING VARIABLE FREQUENCY OSCILLATOR}

본 발명은 백라이트 제어용 인버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 램프의 휘도를 일정하게 유지하기 위한 가변 주파수 발진기를 이용한 백라이트 제어용 인버터에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 자체적인 발광이 불가능하므로 그 후면에서 액정표시장치 전면에 광을 조사할 수 있는 백라이트가 채용된다. 현재까지 대형 액정표시장치용 백라이트의 경우 냉음극형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)가 주로 채용되고 있으며, 이러한 냉음극형광램프의 구동을 위해서는 인버터가 필요하다.

또한, 액정표시장치의 백라이트에 채용된 램프의 구동시 램프의 다양한 특성에 따라 램프의 밝기를 일정하게 유지하는 것이 매우 중요하며, 이를 위해 인버터는 램프의 전류를 피드백하여 램프 전류를 일정하게 유지하기 위한 피드백 회로가 적용된다. 또한, 이와 같이, 액정표시장치 백라이트를 구동하기 위한 인버터는 기기를 보호할 수 있는 보호 회로 기능이 매우 중요하며, 특히 다등(Multi-Lamp)을 구동하는 인버터에서 램프의 개방을 인식하여 기기를 보호하는 기능은 인버터의 주요한 기능 중의 하나이다.

종래 액정표시장치의 백라이트 인버터에서는, 램프의 부하 특성(예를 들면, 에이징(aging), 고온, 냉각, 손상 등)을 고려하지 않고 일정한 주파수로 램프를 구동시키기 때문에 램프의 부하 특성이 변동된 경우에 램프의 휘도를 일정하게 유지할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 램프의 개방시 보호회로에 의해 과도하게 높은 주파수로 동작하기 때문에 트랜스포머에 열이 발생하게 된다는 문제점이 있다.

본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은, 램프의 휘도를 일정하게 유지시키면서 트랜스포머의 발열을 줄일 수 있는 백라이트 제어용 인버터를 제공하는 것을 해결하려는 기술적 과제로 한다.

상기한 본 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 기술적인 측면은, 램프의 부하 특성에 따라 가변하는 주파수를 가지는 기준파형을 생성하는 주파수 가변 오실레이터와, 주파수 가변 오실레이터에 의해 생성된 기준파형과 램프에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압에 기초한 제1 오차전압으로부터 램프를 구동하기 위한 메인 스위칭 신호를 생성하는 메인 스위칭 신호 생성부를 포함하는 백라이트 제어용 인버터를 제안하는 것이다.

또한, 주파수 가변 오실레이터는, 제1 커패시터와, 일정한 제1 전류를 생성하는 제1 전류 생성모듈와, 램프의 부하 특성에 따라 가변되는 제2 전류를 생성하는 제2 전류 생성모듈을 포함하며, 제1 전류 생성모듈에 의해 생성된 제1 전류에 의해 제1 커패시터를 충방전함에 의해 기준파형을 생성하되, 램프의 부하 특성을 고려하기 위한 인에이블 신호가 입력되면, 제1 전류에 상기 제2 전류를 가산한 전류에 의해 제1 커패시터를 충방전함으로써, 기준파형을 생성할 수 있다.

또한, 백라이트 제어용 인버터는, 램프에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압에 기초하여, 램프의 개방여부를 판단하기 위한 보호신호를 생성하는 보호신호 생성부를 더 포함할 수 있다.

또한, 주파수 가변 오실레이터는, 보호신호 생성부에 의해 생성된 보호신호에 따라 일정한 제3 전류를 생성하는 제3 전류 생성모듈을 더 포함하며, 보호신호가 입력되면, 제1 전류와 제3 전류를 가산한 전류에 의해 제1 커패시터를 충방전함으로써 기준파형을 생성할 수 있다.

또한, 메인 스위칭 신호 생성부는, 램프에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압을 정류하는 정류부와, 정류부에 의해 정류된 출력전압을 낮은 레벨의 전압으로 강압하기 위한 전압 분배부와, 전압 분배부에 의해 강압된 전압과 일정한 제1 기준전압의 차이에 비례한 전류를 생성하는 제1 컨덕턴스 증폭기와, 제1 컨덕턴스 증폭기에 의해 생성된 전류에 기초하여 제1 오차전압을 생성하는 제2 커패시터와, 제1 오차전압과 기준파형의 비교결과에 기초하여 메인 스위칭 신호를 생성하는 제1 비교기를 포함할 수 있다.

또한, 제2 전류 생성모듈은, 제1 오차전압과 일정한 제2 기준전압과의 차이에 비례한 전류를 생성하는 제2 컨덕턴스 증폭기를 포함할 수 있다.

또한, 제2 전류 생성모듈은, 제2 컨덕턴스 증폭기의 출력단에 전류의 역류를 방지하기 위한 다이오드를 더 포함할 수 있다.

또한, 보호신호 생성부는, 램프에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압을 정류하는 정류부와, 정류된 출력전압을 필터링하는 RC 필터부와, 필터링된 출력전압과 일정한 제2 비교전압에 기초하여 보호신호를 생성하는 제2 비교기를 포함할 수 있다.

또한, 정류부의 입력단에는, 전압 팔로워(voltage follower)를 더 포함할 수 있다.

또한, 기준파형은, 삼각파를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 램프의 부하 특성에 따라 가변적인 주파수를 가진 메인 스위칭 주파수로 램프를 구동시키며, 램프가 개방된 경우에는 미리 설정된 최대 주파수로 램프를 구동시킴으로써, 램프의 휘도를 일정하게 유지시키면서 트랜스포머의 발열을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 백라이트 제어용 인버터를 포함하는 전체 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 백라이트 제어용 인버터의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 백라이트 제어용 인버터의 주요부의 파형도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 백라이트 제어용 인버터를 포함하는 전체 시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 냉음극형광램프(CCFL: Cold Cathode Flourscent Lamp)(L1, L2)는 외부에서 공급된 전압에 의해 방출된 전자가 가시광선을 만들어내는 액정표시장치의 광원으로, 모니터·TV·노트북 등에 사용하는 TFT-LCD의 후면광 및 팩스, 스캐너, 복사기, 장식용 광원 등에 사용된다. 이러한 냉음극형광램프는 빨강, 파랑, 초록의 형광물질 배합 비율을 변경해 다양한 발광색을 만들어낼 수 있으며, 소비전력이 낮고, 진동이나 충격에 강한 특징이 있다.

백라이트 제어용 인버터(100)는 냉음극형광램프(L1, L2)에 연결된 저항(R1, R2)을 통해 흐르는 전류에 상응하는 전압(Vo1, Vo2)을 궤환받아 메인 스위칭 신호(MS)를 생성하여 메인 스위칭모듈(10)로 전달한다.

메인 스위칭모듈(10)은 백라이트 제어용 인버터(100)로부터 전달받은 메인 스위칭 신호(MS)에 따라 다수의 스위칭 소자들을 제어한다.

한편, 트랜스포머 모듈(20)은 메인 스위칭모듈(10)에 연결되어, 입력 전원(Vin)을 냉음극형광램프(L1, L2)를 구동하기 위한 전원으로 변환하여 냉음극형광램프(L1, L2)에 공급하게 된다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 제어용 인버터(100)를 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 백라이트 제어용 인버터(100)의 구성도로, 주파수 가변 오실레이터(110), 메인 스위칭 신호 생성부(120), 보호신호 생성부(130) 및 지연신호 생성부(140)를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 주파수 가변 오실레이터(110)는 전류(I1, I2, I3)에 의한 커패시터(119)의 충방전을 통해 가변 주파수를 가지는 기준파형(REF_OSC)을 생성하며, 생성된 기준파형(REF_OSC)을 메인 스위칭 신호 생성부(120)로 전달한다. 메인 스위칭 신호 생성부(120)는 가변 주파수를 가지는 기준파형(REF_OSC)을 오차전압(Verr)과 비교하여 램프(L1, L2)를 구동시키기 위한 메인 스위칭 신호(MS)를 생성하게 된다.

구체적으로, 주파수 가변 오실레이터(110)는 커패시터(119)와, 입력전압(Vconst)에 기초한 고정된 크기를 가지는 2개의 제1 전류(I1)를 생성하는 제1 전류 생성모듈(111)과, 오차전압(Verr)에 기초한 가변적인 크기를 가지는 제2 전류(I2)를 생성하는 제2 전류 생성모듈(112)과, 보호신호(PROT)에 기초한 고정된 크기의 제3 전류(I3)를 생성하는 제3 전류 생성모듈(113)을 포함할 수 있다.

제1 전류 생성모듈(111)은 입력전압(Vconst)을 입력받는 전압 팔로워(voltage follower)(111a), 전압 팔로워(111a)의 출력단과 그라운드 사이에 연결된 저항(111b), 전압 팔로워(111a)의 출력단에 연결되어 입력전압(Vconst)에 비례하는 2개의 제1 전류(I1)를 생성하는 제1 전류 생성부(111c)를 포함할 수 있으며, 제1 전류 생성부(111c)는 예를 들면, 전류 미러 회로로 구성될 수 있다.

제2 전류 생성모듈(112)은 오차전압(Verr)을 (+) 단자로, 기준전압(Vref2)을 (-) 단자로 입력받는 컨덕턴스 증폭기(OTA: Operational Transconductance Amplifier)(112a)와 컨덕턴스 증폭기(OTA)(112a)의 출력단에 연결된 다이오드(112b)를 포함할 수 있다. 여기서, 기준전압(Vref2)은 부하(L1, L2)가 변동됨에 따라 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수를 가변시키기 위해 미리 설정되는 전압이다.

한편, 제3 전류 생성모듈(113)은 보호신호(PROT)의 반전된 신호(즉, 주파수 제어신호, FC)를 입력받아 미리 설정된 동일한 크기를 가진 2개의 전류(I3)를 생성하는 회로이다. 제3 전류 생성모듈(113) 역시 전류 미러 회로로 구성될 수 있다. 한편, 본 발명에 있어서, 도면부호 I1, I2, I3는 각각 전류 생성모듈(111, 112, 113)로부터 출력되는 전류를 도시한 것이며, 독립 전류원을 도시한 것은 아니다.

제3 전류 생성모듈(113)의 입력단은 인버터(113a)를 통해 AND 게이트(115)로 연결된다. 또한, 인에이블 신호(EN)는 비교기(114)의 (+) 단자로, 비교전압(Vc1)은 비교기(114)의 (-) 단자로 입력되며, 비교기(114)의 출력은 AND 게이트(115)의 또 다른 입력단자로 입력되도록 구성되어 있다. 그리고 제2 전류 생성모듈(112)의 출력단에는 스위치(S1)가 연결되어 있으며, 스위치(S1)는 AND 게이트(115)에서 출력되는 신호에 의해 제어된다. 여기서, 인에이블신호(EN)는 램프(L1, L2)의 특성에 따른 가변적인 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수를 생성하기 위해 외부에서 인가되는 신호이다. 한편, 비교전압(Vc1)은 인에이블신호(EN)와 비교되기 위한 기준전압으로 미리 일정한 크기로 설정된 전압이다.

각각의 전류들(I1, I2, I3)은 병렬 연결되어 있으며, 상보적으로 동작하는 2개의 스위치(S2, S3)에 의해, 위쪽의 전류들(I1, I2, I3)은 커패시터(119)를 충전시키며, 아래쪽의 전류들(I1, I2, I3)은 커패시터(119)에 충전된 전압을 방전시키도록 구성된다. 2개의 스위치(S2, S3)의 상보적인 스위칭 동작은 SR 래치(118)와 2개의 비교기(116,117)를 통해 이루어진다. 비교기(116)의 (+) 단자에는 기준파형(REF_OSC)이, (-) 단자에는 제2 셋 전압(Vs2)이 입력되며, 비교기(117)의 (+) 단자에는 제1 셋 전압(Vs1)이 (-) 단자에는 기준파형(REF_OSC)이 입력된다. 커패시터(119)에 충전되는 전압은 제1 셋 전압(Vs1)과 2 셋 전압(Vs2) 사이에서 충방전됨으로써, 메인 스위칭 신호(MS) 생성을 위한 기준파형(REF_OSC)이 생성될 수 있다.

한편, 메인 스위칭 신호 생성부(120)는, 복수의 램프들(L1, L2)에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압(Vo1, Vo2)과 기준전압(Vref1)과의 오차전압(Verr) 및 기준파형(REF_OSC)에 기초하여 램프를 구동하기 위한 메인 스위칭 신호(MS)를 생성한다. 여기서, 기준전압(Vref1)은 오차전압(Verr)을 생성하기 위해 감쇄된 출력전압의 비교전압으로 사용되는 전압이다.

구체적으로, 메인 스위칭 신호 생성부(120)는 복수의 램프들에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압(Vo1, Vo2)을 각각 정류하는 정류부(121a, 121b)와, 정류된 출력전압(Vo1, Vo2)을 낮은 레벨의 전압으로 분배하기 위한 저항들로 이루어진 전압 분배부(122)와, 전압 분배부(122)에 의해 분배된 전압과 기준전압(Vref1)의 차이에 비례한 전류를 생성하는 컨덕턴스 증폭기(OTA: Operational Transconductance Amplifier)(123)와, 전압 분배부(122)의 출력과 컨덕턴스 증폭기(123)의 (-)단자에 일단이 연결되며, 타단은 그라운드에 연결되어 보호신호(PROT)의 인버팅된 신호(즉, 주파수 제어신호, FC)에 의해 연결이 개폐되는 스위치(S4)와, 컨덕턴스 증폭기(123)에 의해 생성된 전류에 기초하여 오차전압(Verr)을 생성하는 커패시터(124)와, 오차전압(Verr)과 기준파형(REF_OSC)의 비교결과에 기초하여, 메인 스위칭 신호(MS)를 생성하는 비교기(125)를 포함할 수 있다.

추가로, 메인 스위칭 신호 생성부(120)는 디밍 제어 블록(126)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 디밍 제어 블록(126)은 전류원과(126b)과 전류원(126b)에 일단이 연결되며, 타단은 전압 분배부(122)와 컨덕턴스 증폭기(123)의 (-) 단자에 연결된 스위치(S5)를 포함하며, 스위치(S5)는 외부에서 인가되는 PWM 신호에 기초하여, 디밍 제어부(126a)의 제어신호에 의해 개폐된다.

보호신호 생성부(130)는, 복수의 램프들(L1, L2) 중 일부에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압(Vo1, Vo2)에 기초하여, 램프의 손상을 판단하기 위한 보호신호(PROT)를 생성한다. 생성된 보호신호(PROT)는 지연신호 생성부(140)로 전달된다. 또한, 생성된 보호신호(PROT)는 인버터(134)에 의해 인버팅되어 메인 스위칭 신호 생성부(120)로 전달된다.

구체적으로, 보호신호 생성부(130)는, 복수의 램프들(L1, L2)에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압(Vo1, Vo2)을 입력받아 출력하는 전압 팔로워(130a, 130b)와 전압 팔로워(130a, 130b)의 출력전압을 정류하는 정류부(131a, 131b)와, 정류된 출력전압을 필터링하는 RC 필터부(132a, 132b)와, 필터링된 출력전압과 비교전압(Vc2)의 비교결과에 기초하여 보호신호(PROT)를 생성하는 비교기(133)와, 보호신호(PROT)를 인버팅하는 인버터(134)를 포함할 수 있다. 보호신호(PROT)의 인버팅된 신호는 주파수 제어 신호(FC)가 된다.

한편, 지연신호 생성부(140)는, 보호신호(PROT)를 일정시간 지연시킨 지연신호를 생성한다. 구체적으로, 지연신호 생성부(140)는 전류원(142)과, 일단이 전류원(142)에 타단은 그라운드에 연결되고 보호신호(PROT)에 의해 일단과 타단간의 연결이 개폐되는 스위치(141)와, 스위치(141)의 일단과 그라운드 사이에 연결된 커패시터(143)와, 커패시터(143)에 (+) 단자가 연결되며, (-) 단자에는 비교전압(Vc3)이 인가되는 비교기(144)와, 비교기(144)의 출력단자에 연결된 인버터(145)를 포함할 수 있다. 여기서, 비교전압(Vc3)은, 보호신호(PROT)의 지연정도를 조절하기 위한 기준전압을 말한다.

이하 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 구간 (I)은 일정한 입력전원(Vconst)에만 비례하는 주파수를 가지는 메인 스위칭 신호(MS)에 의해 램프(L1, L2)가 구동되는 구간이다. 따라서, 램프(L1, L2)의 특성과는 무관하게 일정한 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수로 램프(L1, L2)가 구동된다. 이와 같이 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수는 항상 일정하므로, 램프(L1, L2)의 특성이 고려되지 않기 때문에 램프의 부하 특성이 변동된 경우에 램프의 휘도를 일정하게 유지할 수 없다.

구간 (I)에 대해 좀 더 상세하게 설명하면, 일정한 입력전압(Vconst)이 제1 전류 생성모듈(111)로 입력되며, 입력전압(Vconst)에 비례한 2개의 제1 전류(I1)가 제1 전류 생성부(111c)에 의해 미러링된다. 미러링된 2개의 제1 전류(I1)는 상보적으로 동작하는 2개의 스위치들(S2, S3)에 의해 제1 셋 전압(Vs1)과 제2 셋 전압(Vs2) 사이에서 커패시터(119)를 충방전시킴으로써, 일정한 주파수를 가진 기준파형(REF_OSC)를 생성한다. 생성된 기준파형(REF_OSC)은 비교기(125)에서 오차전압(Verr)과 비교됨으로써, 메인 스위칭 신호(MS)가 생성될 수 있다.

이하 미러링된 2개의 제1 전류(I1)에 의해 기준파형(REF_OSC)이 생성되는 과정을 보다 구체적으로 설명한다. 스위치(S2)가 턴온되면, 위쪽의 제1 전류(I1)에 의해 커패시터(119)가 충전된다. 커패시터(119)에 의해 충전되는 전압은 비교기(116)의 (+) 단자로 입력되며, 비교기(116)의 (-) 단자에는 미리 설정된 제2 셋 전압(Vs2)이 입력된다. 커패시터(119)에 의해 충전되는 전압이 제2 셋 전압(Vs2)을 넘어서는 순간 비교기(116)로부터 하이(H) 신호가 출력되며, 출력된 하이(H) 신호는 SR 래치(118)의 S 단자로 입력된다. 이때, SR 래치(118)의 Q 단자로부터 하이(H) 신호가 출력되며, 출력된 하이(H) 신호에 의해 스위치(S3)가 턴온된다.

한편, SR 래치(118)의

단자로부터는 로우(L) 신호가 출력되며, 출력된 로우(L) 신호에 의해 스위치(S2)는 턴오프된다. 따라서, 커패시터(119)에 충전된 전압은 아래쪽의 제1 전류(I1)에 의해 방전되기 시작한다. 한편, 커패시터(119)의 전압은 비교기(117)의 (-) 단자로 입력되며, (+) 단자에는 미리 설정된 제1 셋 전압(Vs1)이 입력된다. 커패시터(119)의 전압이 제1 셋 전압(Vs1) 이하로 떨어지는 순간 비교기(117)의 출력은 하이(H) 신호가 되며, 하이(H) 신호는 SR 래치(118)의 R 단자로 입력된다.

이때 SR 래치(118)의 Q 단자로부터 로우(L) 신호가 출력되며, 출력된 로우(L) 신호에 의해 스위치(S3)가 턴오프된다. SR 래치(118)의

단자로부터는 하이(H) 신호가 출력되며, 출력된 하이(H) 신호에 의해 스위치(S2)는 턴온된다. 따라서, 커패시터(119)는 다시 충전되기 시작한다. 결국, 동일한 크기를 가진 2개의 제1 전류(I1)에 의해 커패시터(119)는 제1 셋 전압(Vs1)과 제2 셋 전압(Vs2) 사이에서 충방전이 반복되며, 이에 따라 제1 전류(I1)에 비례하는 일정한 주파수를 가진 기준파형(REF_OSC)이 생성된다. 생성된 기준파형(REF_OSC)은 메인 스위칭 신호 생성부(120)의 비교기(125)의 (-) 단자로 입력되며, 비교기(125)의 (-) 단자로 입력된 기준파형(REF_OSC)은 비교기(125)의 (+) 단자로 입력된 오차전압(Verr)과 비교되어 메인 스위칭 신호(MS)가 생성된다.

한편, 구간 (I)에서, 제2 전류생성모듈(112)과 제3 전류생성모듈(113)은 동작하지 않는다. 즉, 인에이블 신호(EN)는 로우(L)이므로, 비교전압(Vc1)(예컨대, 2.4V)보다 작아 비교기(114)의 출력은 로우(L)이다. 따라서, AND 게이트(115)의 출력은 로우(L)가 되어 스위치(S1)가 턴오프되기 때문이다. 또한, 주파수 제어신호(FC) 역시 로우(L) 이므로, 제3 전류생성모듈(113)도 동작하지 않는다. 결국 구간(I)에서는 램프 특성에 무관하게 입력 전압(Vconst)에만 비례하는 일정한 크기를 가진 제1 전류(I1)에 의해 커패시터(119)가 충방전되며, 이로써 일정한 주파수를 가진 기준파형(REF_OSC)과 이에 의한 메인 스위칭 신호(MS)가 생성된다.

구간(Ⅱ) 내지 구간(Ⅳ)는 램프(L1, L2)의 특성을 반영하기 위해 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수를 가변시키기 위한 구간이다. 여기서, 램프의 부하 특성이란 램프의 냉각, 온도, 에이징 등에 따른 (램프) 부하의 변동을 말한다. 즉, 외부에서 인가되는 인에이블 신호(EN)에 의해 상술한 구간들이 개시되며, 구간(Ⅱ)에서는 오차 전압(Verr)이 반영되어 일시적으로 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수가 높아지나, 부하(CCFL LOAD)(L1, L2)가 차츰 감소되어 안정화됨에 따라 구간(Ⅳ)에서는 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수는 낮아진다. 이와 같이 부하(L1, L2)에 따라 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수를 가변시킴으로써, 램프(L1, L2)의 휘도를 일정하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다. 이하 구간(Ⅱ) 내지 구간(Ⅳ) 각각에 대해 상세하게 설명한다.

구간(Ⅱ)에서, 외부에서 인에이블 신호(EN)가 인가되어 제2 전류 생성모듈(112)이 동작한다. 이하 구간(Ⅱ)에서 메인 스위칭 신호(MS)의 생성과정을 좀 더 상세하게 설명한다.

인에이블 신호(EN)가 비교기(114)의 (+) 단자로 입력되면, 입력된 인에이블 신호(EN)는 (-) 단자로 입력된 비교전압(Vc1)(예를 들면, 2.4V)와 비교된다. 인에이블 신호(EN)가 하이(H)이므로, 비교기(114)로부터 하이(H) 신호가 출력된다. 출력된 하이(H) 신호는 AND 게이트(115)로 입력된다. 한편, 주파수 제어 신호(FC)는 로우(L)이므로, 인버터(113a)에 의해 인버팅된 하이(H) 신호가 AND 게이트(115)로 입력된다. AND 게이트(115)에 의한 AND 연산에 의해, AND 게이트(115)로부터 하이(H) 신호가 출력된다. 출력된 하이(H) 신호에 의해 스위치(S1)가 턴온되며, 따라서, 제2 전류 생성모듈(112)로부터 출력된 제2 전류(I2)가 제1 전류(I1)에 합산된다.

한편, 오차전압(Verr)은 제2 전류 생성모듈(112)의 컨덕턴스 증폭기(OTA)(112a)의 (+) 단자로 입력되며, 컨덕턴스 증폭기(OTA)(112a)의 (-) 단자로는 기준전압(Vref2)이 입력된다. 컨덕턴스 증폭기(OTA)(112a)에 의해, 오차전압(Verr)과 기준전압(Vref2)과의 차이에 비례하는 제2 전류(I2)가 생성되며, 생성된 제2 전류(I2)는 다이오드(112b)를 통해 출력되어 제1 전류(I1)와 합산된다. 이후 스위치(S2)가 턴온되면, 합산된 전류(I1, I2)에 의해 커패시터(119)가 충전된다. 이후 구간(I)에서 상세하게 설명한 바와 같은 동작원리에 의해 기준파형(REF_OSC)이 생성된다.

생성된 기준파형(REF_OSC)은 메인 스위칭 신호 생성부(120)의 비교기(125)의 (-) 단자로 입력되며, 입력된 기준파형(REF_OSC)은 비교기(125)의 (+) 단자로 입력된 오차전압(Verr)과 비교되어 메인 스위칭 신호(MS)가 생성된다. 한편, 생성된 기준파형(REF_OSC)의 주파수는 합산된 전류(I1, I2)의 크기에 비례하며, 통상 구간 (I)의 주파수의 1.1배가 될 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 컨덕턴스 증폭기(OTA)(112a)의 출력단에 다이오드(112b)를 둠으로써, 전류가 역류하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

구간(Ⅲ)은 상술한 구간(Ⅱ)에서 인가된 메인 스위칭 신호(MS)에 의해 부하(L1, L2)가 점차 안정화되는 구간이다. 따라서, 부하(L1, L2)는 점점 감소하게 되며, 이에 따라 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수도 점차 감소한다.

구체적으로, 오차전압(Verr)은 제2 전류 생성모듈(112)의 컨덕턴스 증폭기(OTA)(112a)의 (+) 단자로 입력되며, 컨덕턴스 증폭기(OTA)(112a)의 (-) 단자로는 기준전압(Vref2)이 입력된다. 컨덕턴스 증폭기(OTA)(112a)에 의해, 오차전압(Verr)과 기준전압(Vref2)과의 차이에 비례하는 제2 전류(I2)가 생성되며, 생성된 제2 전류(I2)는 다이오드(112b)를 통해 출력되어 제1 전류(I1)와 합산된다. 이후 스위치(S2)가 턴온되면, 합산된 전류(I1, I2)에 의해 커패시터(119)가 충전된다. 이후 구간(I)에서 상세하게 설명한 바와 같은 동작원리에 의해 기준파형(REF_OSC)이 생성된다. 생성된 기준파형(REF_OSC)은 메인 스위칭 신호 생성부(120)의 비교기(125)의 (-) 단자로 입력되며, 비교기(125)의 (-) 단자로 입력된 기준파형(REF_OSC)은 비교기(125)의 (+) 단자로 입력된 오차전압(Verr)과 비교되어 메인 스위칭 신호(MS)가 생성된다. 한편, 구간(Ⅲ)에서의 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수는 부하(L1, L2)가 감소함에 따라 구간 (I)의 주파수의 1.1배에서 1배로 점차 감소하게 된다.

구간(Ⅳ)는 부하(L1, L2)가 완전히 안정화된 구간이다. 구체적으로, 오차전압(Verr)이 기준전압(Vref2) 이하로 되며, 그에 따라 컨덕턴스 증폭기(OTA)(112a)로부터의 출력은 0이 되고, 그 결과 제2 전류(I2) 역시 0이 된다. 구간(Ⅳ)에서, 커패시터(119)는 구간 (I)에서의 주파수와 동일한 주파수를 가진 기준파형(REF_OSC)이 생성된다. 생성된 기준파형(REF_OSC)은 메인 스위칭 신호 생성부(120)의 비교기(125)의 (-) 단자로 입력되며, 비교기(125)의 (-) 단자로 입력된 기준파형(REF_OSC)은 비교기(125)의 (+) 단자로 입력된 오차전압(Verr)과 비교되어 메인 스위칭 신호(MS)가 생성된다.

구간(Ⅴ)는 램프(L1, L2)의 개방을 감지한 보호신호(PROT)에 따라 사전에 설정된 주파수(통상 구간 (I)의 주파수의 1.5배)로 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수를 증가시키는 구간이다. 이때 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수가 과도하게 높아지지 않도록 오차전압(Verr)에 의한 제2 전류생성모듈(112)의 동작을 제한할 필요가 있다. 이와 같이 램프(L1, L2)의 개방시에는 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수를 미리 설정된 최대 주파수로 함으로써, 램프의 휘도를 일정하게 유지시키면서 트랜스포머의 발열을 줄일 수 있는 효과가 있다. 이하 구간(Ⅴ)에 대해 설명하기로 한다.

L1 또는 L2 중 적어도 하나의 램프가 개방되면, 비교기(133)의 (+) 단자들 중 어느 하나의 단자로 입력되는 전압이 (-) 단자로 입력되는 비교전압(Vc2) 이하로 떨어지며, 그에 따라 비교기(133)의 출력(즉, 보호신호(PROT))은 로우(L)가 된다. 로우(L)인 보호신호(PROT)는 인버터(134)에 의해 반전되어 하이(H)인 주파수제어신호(FC)가 된다. 이 주파수 제어신호(FC)는 스위치(S4)로 출력됨과 동시에 제3 전류 생성모듈(113)로 출력된다.

제3 전류 생성모듈(113)로 입력된 주파수 제어신호(FC)에 따라 일정한 제3 전류(I3)가 제3 전류 생성모듈(113)로부터 출력된다. 이후 구간 (I)에서 상술한 바와 같이, 제1 전류(I1) 및 제3 전류(I3)가 합산된 전류에 의해 커패시터(119)가 충방전됨으로써, 기준파형(REF_OSC)이 생성된다. 생성된 기준파형(REF_OSC)은 메인 스위칭 신호 생성부(120)의 비교기(125)의 (-) 단자로 입력되며, 비교기(125)의 (-) 단자로 입력된 기준파형(REF_OSC)은 비교기(125)의 (+) 단자로 입력된 오차전압(Verr)과 비교되어 메인 스위칭 신호(MS)가 생성된다. 한편, 구간(Ⅴ)에서의 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수는 구간 (I)의 주파수의 1.5배 정도로 설정될 수 있다.

한편, 주파수 제어신호(FC)에 의해 스위치(S4)는 턴온되며, 이에 따라 오차전압(Verr)은 최대가 된다. 하지만, 이러한 오차전압(Verr)은 후술하는 바와 같이 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수에 영향을 미치지 않는다. 즉, 구간(Ⅴ)에서는 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수가 과도하게 높아지지 않도록 제2 전류 생성모듈(112)의 동작을 제한할 필요가 있다. 보호신호(PROT)는 인버터(134)와 인버터(113a)에 의해 2번 반전된 로우(L) 신호가 되어 AND 게이트(115)의 단자로 입력된다. 따라서, 비교기(114)의 출력에 관계없이 AND 게이트(115)의 출력은 로우(L)가 되므로, 스위치(S1)은 항상 턴오프되며, 제2 전류(I2)는 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수에 영향을 미치지 않게 된다. 이와 같이, 램프(L1, L2)가 개방된 경우에는 메인 스위칭 신호(MS)의 주파수가 과도하게 높아지지 않도록 함으로써, 트랜스포머의 발열 문제를 해결할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 램프(L1 또는 L2 중 적어도 하나 이상)가 개방되는 경우 보호신호(PROT)에 약간의 지연을 두어 출력하는 지연신호 생성부(140)를 더 포함할 수도 있다. 구체적으로, 보호신호(PROT)가 로우(L)가 되면, 지연신호 생성부듈(140)의 스위치(141)는 턴오프되며, 그에 따라 전류(142)에 의해 커패시터(143)가 충전된다. 커패시터(143)의 충전전압이 비교전압(Vc3) 이상이 되면, 비교기(144)의 출력신호는 하이(H)가 된다. 하이(H)는 인버터(145)에 의해 반전되어 외부로 출력될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면 주파수 제어 신호(FC)에 따라 디밍 제어 블록(126)의 동작을 정지시킬 수 있다. 구체적으로, 주파수 제어 신호(FC)에 따라 스위치(S5)를 오프시켜 전류원(126b)을 분리시킴으로써, 외부의 PWM 신호에 의한 디밍 제어를 하지 않도록 할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 램프(L1, L2)를 더 높은 전류로 구동시킬 수 있는 효과가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 램프의 부하 특성에 따라 가변적인 주파수를 가진 메인 스위칭 신호에 의해 램프를 구동시키되, 램프가 개방된 경우에는 미리 설정된 최대 주파수를 가진 메인 스위칭 신호에 의해 램프를 구동시킴으로써, 램프의 휘도를 일정하게 유지시키면서 트랜스포머의 발열을 줄일 수 있는 효과가 있다.

이상 도면과 명세서에서 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 메인 스위칭 모듈
20: 트랜스포머
100: 백라이트 제어용 인버터
110: 주파수 가변 오실레이터
111: 제1 전류 생성모듈
111a, 130a, 130b: 전압 팔로워(voltage follower)
112: 제2 전류 생성모듈
112a, 123: 컨덕턴스 증폭기(OTA)
113: 제3 전류 생성모듈
114, 116, 117, 125, 133, 144: 비교기
118: SR 래치
119, 124, 143: 커패시터
120: 메인 스위칭 신호 생성부
121a, 121b, 131a, 131b: 정류부
122, 131a, 131b: 전압 분배부
126: 디밍 제어 블록
130: 보호신호 생성부
113a, 134, 145: 인버터
140: 지연신호 생성부

Claims

램프의 부하 특성에 따라 가변하는 주파수를 가지는 기준파형을 생성하는 주파수 가변 오실레이터; 및
상기 주파수 가변 오실레이터에 의해 생성된 기준파형과 상기 램프에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압에 기초한 제1 오차전압으로부터 상기 램프를 구동하기 위한 메인 스위칭 신호를 생성하는 메인 스위칭 신호 생성부;를 포함하며,
상기 주파수 가변 오실레이터는,
제1 커패시터;
일정한 제1 전류를 생성하는 제1 전류 생성모듈; 및
상기 램프의 부하 특성에 따라 가변되는 제2 전류를 생성하는 제2 전류 생성모듈을 포함하며,
상기 제1 전류 생성모듈에 의해 생성된 제1 전류에 의해 상기 제1 커패시터를 충방전함에 의해 상기 기준파형을 생성하되, 상기 램프의 부하 특성을 고려하기 위한 인에이블 신호가 입력되면, 상기 제1 전류에 상기 제2 전류를 가산한 전류에 의해 상기 제1 커패시터를 충방전함으로써, 기준파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 백라이트 제어용 인버터.
삭제
제1항에 있어서,
상기 백라이트 제어용 인버터는,
상기 램프에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압에 기초하여, 상기 램프의 개방여부를 판단하기 위한 보호신호를 생성하는 보호신호 생성부를 더 포함하는 것을 백라이트 제어용 인버터.
제3항에 있어서,
상기 주파수 가변 오실레이터는,
상기 보호신호 생성부에 의해 생성된 보호신호에 따라 일정한 제3 전류를 생성하는 제3 전류 생성모듈을 더 포함하며,
상기 보호신호가 입력되면, 상기 제1 전류와 상기 제3 전류를 가산한 전류에 의해 상기 제1 커패시터를 충방전함으로써 기준파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 백라이트 제어용 인버터.
램프의 부하 특성에 따라 가변하는 주파수를 가지는 기준파형을 생성하는 주파수 가변 오실레이터; 및
상기 주파수 가변 오실레이터에 의해 생성된 기준파형과 상기 램프에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압에 기초한 제1 오차전압으로부터 상기 램프를 구동하기 위한 메인 스위칭 신호를 생성하는 메인 스위칭 신호 생성부;를 포함하며,
상기 메인 스위칭 신호 생성부는,
상기 램프에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압을 정류하는 정류부;
상기 정류부에 의해 정류된 출력전압을 낮은 레벨의 전압으로 강압하기 위한 전압 분배부;
상기 전압 분배부에 의해 강압된 전압과 일정한 제1 기준전압의 차이에 비례한 전류를 생성하는 제1 컨덕턴스 증폭기(OTA: Operational Transconductance Amplifier);
상기 제1 컨덕턴스 증폭기에 의해 생성된 전류에 기초하여 상기 제1 오차전압을 생성하는 제2 커패시터; 및
상기 제1 오차전압과 상기 기준파형의 비교결과에 기초하여 상기 메인 스위칭 신호를 생성하는 제1 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 제어용 인버터.
제1항에 있어서,
상기 제2 전류 생성모듈은,
상기 제1 오차전압과 일정한 제2 기준전압과의 차이에 비례한 전류를 생성하는 제2 컨덕턴스 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 제어용 인버터.
제6항에 있어서,
상기 제2 전류 생성모듈은,
상기 제2 컨덕턴스 증폭기의 출력단에 전류의 역류를 방지하기 위한 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 제어용 인버터.
램프의 부하 특성에 따라 가변하는 주파수를 가지는 기준파형을 생성하는 주파수 가변 오실레이터;
상기 주파수 가변 오실레이터에 의해 생성된 기준파형과 상기 램프에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압에 기초한 제1 오차전압으로부터 상기 램프를 구동하기 위한 메인 스위칭 신호를 생성하는 메인 스위칭 신호 생성부; 및
상기 램프에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압에 기초하여, 상기 램프의 개방여부를 판단하기 위한 보호신호를 생성하는 보호신호 생성부;를 포함하며,
상기 보호신호 생성부는,
상기 램프에 흐르는 전류에 상응하는 출력전압을 정류하는 정류부;
상기 정류된 출력전압을 필터링하는 RC 필터부; 및
상기 필터링된 출력전압과 일정한 제2 비교전압에 기초하여 보호신호를 생성하는 제2 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 제어용 인버터.
제8항에 있어서,
상기 정류부의 입력단에는,
전압 팔로워(voltage follower)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 제어용 인버터.
제1항에 있어서,
상기 기준파형은,
삼각파를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 제어용 인버터.