KR101353422B1 - 인버터용 파워스위칭장치의 구동회로 - Google Patents

인버터용 파워스위칭장치의 구동회로

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Abstract

본 발명은 인버터용 파워스위칭장치의 구동회로에 관한 것이다.
본 발명의 인버터용 파워스위칭장치의 구동회로는 인버터구동부; 인버터구동부로부터 PWM 신호를 입력 받는 게이트드라이버에 의해 동작하는 파워스위칭장치; 및 상기 파워스위칭장치의 온도 변화를 검출하고, 검출 값에 따라 입력되는 PWM신호의 DUTY(펄스의 폭과 반복 주기의 비)를 변환시키는 과열방지회로를 포함한다.
본 발명은 PWM신호의 DUTY가 증가하더라도 파워스위칭장치의 동작 주기가 자동 조절되어, 파워스위칭장치의 과열 및 파괴를 방지할 수 있다.
파워스위칭장치, 과열방지회로, 온도검출부, PWM변환부, MOS-FET

Description

인버터용 파워스위칭장치의 구동회로 {DRIVING CIRCUIT OF POWER SWITCHING DEVICE FOR INVERTER}
도 1은 종래 파워스위칭장치의 구동회로를 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구성을 간략히 도시한 블럭도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 구성을 보다 구체적으로 도시한 회로도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
10 : 파워스위칭장치 구동회로 11 : 파워스위칭장치
12 : 게이트드라이버 20 : 과열방지회로
21 : 온도검출부 22 : PWM변환부
본 발명은 인버터용 파워스위칭장치의 구동회로에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 액정의 특정한 분자배열에 전압을 인가하여 다른 분자배열로 변환시키고 이러한 분자 배열에 의해 발광하는 액정 셀(cell)의 복 굴절성, 선광성, 2색성 및 광 산란 특성 등의 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환하는 것으로, 액정 셀에 의한 빛의 변조를 이용한 디스플레이 장치이다.
이와 같은 액정표시장치는 자체적으로 발광하지 못하는 수광 소자이기 때문에, 액정 패널의 후면에 부착된 백라이트(Back-light)를 이용하여 액정패널을 조명한다. 액정 패널의 광 투과율은 인가된 전기적 신호에 따라 조절되며, 이에 대응되어 정지된 화상이나 움직이는 화상이 액정 패널 상에 표현된다.
이러한 액정패널의 백라이트로 이용되는 램프는 인버터를 통해 공급되는 전원에 따라 동작하는데, 상기 인버터는 입력되는 전원을 스위칭 동작하면서 트랜스포머의 2차 측으로 전달하는 파워스위칭장치(11); PWM 신호를 인버터 구동IC로부터 입력 받아 파워스위칭장치를 제어하는 게이트드라이버를 포함하여 구성되며, 이는 첨부 도면 도 1에 도시된 바와 같다.
상기에서 파워스위칭장치(11)는 통상적으로 백라이트를 안정적으로 구동시키기 위해 MOS-FET를 적용한다.
그러나, 상기와 같은 종래 PWM 제어방식을 이용한 파워스위칭회로에서는 MOS-FET의 스위칭 주기가 길어짐에 따라 소자의 과열이 발생하며, 이로 인해 소자 또는 주변 회로(소자)가 파괴되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 방지하기 위해서 종래에는 스위칭회로의 동작을 인위적으로 차단하는 회로를 구비시키고 있으나, 이 경우, 스위칭회로가 재 기동 이전까지는 동작을 중지하게 되는 문제점이 있다.
종래의 다른 방편으로는 스위칭회로의 과열을 방지하기 위한 별도의 보호회로가 없어 단순히 방열판의 사이즈를 증대시키거나, 냉각팬을 설치하여 사용하고 있으나, 이는 소비전력의 증대 및 PCB상에서 소자 배치 설계의 어려움과 인버터의 부피를 확장시키는 문제점이 있다.
본 발명은 PWM신호의 DUTY가 증가하더라도 파워스위칭장치의 동작 주기가 자동 조절된다.
본 발명의 인버터용 파워스위칭장치의 구동회로는 인버터구동부; 인버터구동부로부터 PWM 신호를 입력 받는 게이트드라이버에 의해 동작하는 파워스위칭장치; 및 상기 파워스위칭장치의 온도 변화를 검출하고, 검출 값에 따라 입력되는 PWM신호의 DUTY(펄스의 폭과 반복 주기의 비)를 변환시키는 과열방지회로를 포함한다.
여기서, 상기 파워스위칭장치는 전원을 스위칭 동작하면서 트랜스포머의 2차 측으로 전달하는 MOS-FET(전계효과트랜지스터)일 수 있으나, 필요하다면, 다른 FET를 적용할 수도 있고, 트랜지스터를 사용할 수 도 있으며, 기타 능동 소자를 이용할 수 도 있다.
그리고, 상기 파워스위칭장치의 구동은 인버터구동IC로부터 PWM 신호를 입력받아 스위칭부를 제어하는 게이트드라이버를 통해 이루어질 수 있다. 이때, 상기 게이트드라이버는 인버터구동IC로부터 PWM 신호가 입력되면, 상기 파워스위칭장치의 동작을 제어하는 HI/LO신호를 출력하는 드라이버IC 일 수 도 있고, 상기 기능을 구현하는 이산(離散)회로일 수도 있다.
한편, 본 발명 중 상기 과열방지회로는 파워스위칭장치의 온도를 검출하는 온도검출부 및 온도 검출부에서 입력되는 신호에 따라 PWM신호의 DUTY를 변환시키는 PWM변환부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 온도검출부는 파워스위칭장치의 입력 전원과 출력전원의 차이를 통해 온도 변화를 산출하는 비교기일 수 도 있고, 직접 온도를 감지하는 온도센서일 수 도 있다. 이때, 상기 비교기는 온도 변화에 따라 일정 온도 이상이 검출되면 HI신호를 출력하는 OP-AMP일 수 도 있고, 미세 전압을 증폭하여 PWM변환부의 구동 펄스로 증폭시키는 계측증폭기일 수도 있다.
또한, 상기 PWM변환부는 상기 온도검출부에서 출력되는 신호를 구동 펄스로 하여, 입력되는 PWM신호의 DUTY를 구동펄스에 따라 주기 변환시키는 D-플립플롭일 수 도 있고, 마이컴일 수 도 있다.
이러한 본 발명을 구체적으로 설명하기에 앞서 본 발명의 설명에 참고가 되는 도면으로 제시하는 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구성을 간략히 도시한 블럭도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 구성을 보다 구체적으로 도시한 회로도이다.
이와 같이 제시한 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명은 일실시예적으로 첨부 도면 도 2에 도시된 바와 같이, PWM 제어방식에 의해 동작하는 파워스위칭장치(11)의 구동회로(10)에 있어서, 파워스위칭장치(11)의 온도 변화를 검출하고, 검출 값에 따라 입력되는 PWM신호의 DUTY(펄스의 폭과 반복 주기의 비)를 변환시키는 과열방지회로(20)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 파워스위칭장치(11)는 첨부 도면 도 3에 도시된 바와 같이, 전원을 스위칭 동작하면서 트랜스포머의 2차 측으로 전달하는 MOS-FET(전계효과트랜지스터)일 수 있다.
그리고, 상기 파워스위칭장치(11)의 구동은 인버터구동IC로부터 PWM 신호를 입력 받아 파워스위칭장치를 제어하는 게이트드라이버(12)를 통해 이루어진다. 이때, 상기 게이트드라이버(12)는 인버터구동IC로부터 PWM 신호가 입력되면, 상기 파워스위칭장치(11)의 동작을 제어하는 HI/LO신호를 출력하는 드라이버IC를 포함하거나, 상기 기능을 구현하는 능동소자와 레지스터 및 커패시터등을 포함한 이산(離散)회로로 구현된다.
한편, 본 발명 중 상기 과열방지회로(20)는 파워스위칭장치(11)의 온도를 검 출하는 온도검출부(21) 및 상기 온도 검출부(21)에서 입력되는 신호에 따라 PWM신호의 DUTY를 변환시키는 PWM변환부(22)를 포함한다.
이때, 상기 온도검출부(21)는 파워스위칭장치(11)의 입력 전원과 출력전원의 차이를 통해 온도 변화를 산출하는 비교기이며, 특히 OP-AMP 내지는 계측증폭기로 구현된다.
또한, 상기 PWM변환부(22)는 상기 온도검출부(21)에서 출력되는 신호를 구동 펄스로 하여, 입력되는 PWM신호의 DUTY를 구동펄스에 따라 주기 변환시키는 D플립플롭으로 구현된다.
이와 같이 구성된 본 발명은 인버터구동IC(미도시)로부터 PWM 신호가 입력되면, 상기 게이트드라이버(12)가 파워스위칭장치(11)의 동작을 제어하는 HI/LO신호 즉, 파워스위칭장치(11)의 스위칭 동작을 제어하는 게이트 파형이 출력한다.
이와 같이 출력되는 게이트파형에 의해 파워스위칭장치(11)가 ON/OFF 스위칭 동작을 하면서 트랜스포머의 1차 측으로 전원을 공급하면, 트랜스포머는 변압시켜 2차 측으로 전원을 출력시킴으로써, 백라이트에 전원을 공급하여 점등되도록 한다.
이때, 상기 파워스위칭장치(11)의 스위칭 동작 중 ON상태에서는 드레인단과 소스단 사이에 기생하는 저항에 의해 저항값이 발생하게 되며, 이러한 저항값은 전류의 소모를 야기 시키게 된다.
이상적으로는 전류의 소모가 발생되지 않아야하나, 상기 저항에 의해 전류가 소모되며 결과적으로 열이 발생하게 된다. 이와 같이 소비되는 전류가 지속적으로 발생하고 그로 인해, 파워스위칭장치(11)에 열이 지속적으로 발생하여 온도가 상승 즉, 파워스위칭장치(11)의 ON 상태의 주기가 길어지거나, 이러한 상황에서 ON/OFF 상태가 반복적으로 진행하여 발생된 열이 높아지게 되면, 파워스위칭장치(11)는 스트레스를 회복하지 못하게 되고 결국 파괴 될 수 있다.
그러나, 본 발명에서는 과열방지회로(20) 중 온도검출부(21)가 파워스위칭장치(11)인 MOS-FET의 드레인단과 소스단 각각의 전원(전압)을 검출하여, 비교를 통해 변화된 값에 따라 신호를 출력시켜, 게이트드라이버(12)로 입력되는 PWM신호의 DUTY를 변환시킴으로써, 파워스위칭장치(11)의 ON/OFF주기 및 ON상태의 주기를 조절하게 된다.
즉, 파워스위칭장치(11)인 MOS-FET의 드레인단과 소스단에서 열 발생에 의해 온도가 상승하면 저항값의 상승을 의미하며, 이러한 저항값 변화에 따라 전압값을 산출할 수 있으며, 이와 같이 산출된 전압값을 온도검출부(21)인 계측증폭기가 검출하게 된다. 이때, 검출되는 전압은 미세 전압일 수 도 있으며, 이러한 미세전압은 PWM변환부의 구동 펄스로 사용 가능하도록 증폭시켜 출력한다.
이와 같이 출력되는 신호는 PWM변환부(22)인 D플립플롭의 클럭 펄스로 인가되고, 이러한 상태에서 PWM변환부(22)의 입력단으로 입력되는 PWM신호의 주기가 온도검출부(21)에서 입력되는 클럭 펄스의 주기에 따라 변화되어 출력되게 된다.
그러므로, DUTY가 긴 즉, 펄스의 폭과 펄스의 주기간의 비가 큰 PWM신호가 PWM변환부(22)로 입력되더라도, 클럭 펄스의 주기에 의해 PWM신호의 주기가 상대적으로 짧게 변환되어 게이트드라이브(12)로 전달되고, 이를 통해 파워스위칭장 치(11)의 스위칭 동작 제어가 이루어져 과열을 방지하게 된다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
본 발명은 PWM신호의 DUTY가 증가하더라도 파워스위칭장치의 동작 주기가 자동 조절됨으로써, 파워스위칭장치의 과열 및 파괴를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 파워스위칭장치에 과열 발생 시, 회로 보호를 위해 인위적으로 동작을 정지시키지 않아도 되므로, 지속적인 백라이팅 동작을 진행시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 파워스위칭장치의 과열을 방지하기 위해 방열판 내지는 냉각팬을 설치하지 않아도 되므로, 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있으며, PCB상에서 소자 배치 설계가 용이하게 이루어지도록 하며, 인버터의 부피를 축소시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 인버터구동부;
    인버터구동부로부터 PWM 신호를 입력받는 게이트드라이버에 의해 동작하는 파워스위칭장치 및
    상기 파워스위칭장치의 온도 변화를 검출하고, 검출 값에 따라 입력되는 PWM신호의 DUTY를 변환시키는 과열방지회로를 포함하며,
    상기 과열방지회로는
    파워스위칭장치의 온도를 검출하고, 파워스위칭장치의 입력 전원과 출력전원의 차이를 통해 온도 변화를 산출하는 비교기를 포함하는 온도검출부 및
    온도 검출부에서 입력되는 신호에 따라 PWM신호의 DUTY를 변환시키고, 온도검출부에서 출력되는 신호를 구동 펄스로 하여, 입력되는 PWM신호의 DUTY를 구동펄스에 따라 주기 변환시키는 D-플립플롭을 포함하는 PWM변환부를 포함함을 특징으로 하는 인버터용 파워스위칭장치의 구동회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 파워스위칭장치는
    전원을 스위칭 동작하면서 트랜스포머의 2차 측으로 전달하는 MOS-FET를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터용 파워스위칭장치의 구동회로.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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