KR19990052745A - 모니터의 직류-직류 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 입력 직류전압을 강압하여 B+ 전압을 생성하고 이를 FBT의 일차측으로 제공하는 모니터의 직류-직류 컨버터에 관한 것으로서, 본 발명의 회로는 FBT로부터 얻어지는 피드백전압에 따라 듀티비가 가변되는 PWM 제어신호를 출력하고 상기 PWM 제어신호의 주파수는 C_T캐패시터의 충/방전 동작에 따라 결정되는 PWM 제어기; 상기 PWM 제어기에서 출력되는 PWM 제어신호에 의해 턴 온/오프되면서 입력 직류전압을 B+ 전압으로 강압하여 상기 FBT로 제공하는 강압형 컨버팅부; 및 수평 발진신호의 하강 에지에서 C_T캐패시터를 강제적으로 방전시켜서 PWM 제어신호의 주파수가 수평 발진신호와 동기되도록 하는 동기 설정부로 구성된다.

따라서, 본 발명은 FBT에 제공되는 B+ 전압을 생성하기 위한 PWM 제어신호의 주파수를 수평 주파수에 따라 가변시킬 수 있기 때문에 화면의 지터 현상이 제거되고, 이로 인해 화질의 향상을 도모할 수 있다는 효과가 있다.

Description

모니터의 직류-직류 컨버터 ( DC-DC converter of a monitor)

본 발명은 입력 직류전압을 강압하여 B+ 전압을 생성하고 이를 FBT의 일차측으로 제공하는 모니터의 직류-직류 컨버터에 관한 것이다.

일반적으로, 모니터는 컴퓨터의 비디오 카드로부터 수신된 영상 신호와 동기 신호를 입력받아 CRT 화면에 정보를 디스플레이하는 장치로서, 영상 신호를 처리하기 위한 비디오 계통과, 수직 및 수평 편향을 위한 편향 계통 및 전원 계통 등으로 구성된다.

여기서, 상기한 모니터의 전원 계통은 모니터 내의 각 부분에서 필요로 하는 전압을 적절히 공급해주는 역할을 수행하는 바, 교류전원을 입력받아 정류한 후 트랜스포머를 통해 2차측으로 유도하여 회로에서 요구되는 각종 전원을 제공하는 주전원(SMPS)부와, 주전원부에서 제공되는 직류전압을 입력받아 FBT에 B+전압을 제공하기 위한 직류-직류 컨버터, 및 CRT에서 필요로 하는 고전압, 스크린전압, 제어그리드전압 등을 제공하는 고압발생기(FBT) 등으로 이루어진다.

여기서, 직류-직류 컨버터는 낮은 직류전압을 입력받아 큰 직류전압을 출력하는 승압형 컨버터(이를 '부스트업 컨버터'라고도 한다)와, 높은 직류전압을 입력받아 낮은 직류전압을 출력하는 강압형 컨버터(이를 '벅 컨버터'라고도 한다), 및 트랜스를 이용한 플라이백 타입의 컨버터가 있다.

강압형 컨버터의 일 예로서 모니터에서 B+전압을 발생하는 회로는 도 1에 도시된 바와 같이, 직류 입력전압(DCin)을 제어신호에 따라 스위칭하는 스위칭소자(Q1)와, 이 스위칭소자(Q1)를 통해 전류가 흐를 때 에너지를 축적하기 위한 인덕터(L1), 스위칭소자(Q1)가 오프될 경우에 온되어 인덕터(L1)에 대한 전류 통로를 제공하는 다이오드(D1), 반전버퍼(104), 상기 스위칭소자(Q1)를 온/오프하기 위한 제어신호를 발생하는 PWM제어기(102), 리플을 제거하기 위한 전해 캐패시터(C1) 등으로 구성된다.

그리고 PWM 제어기(102)는 FBT(110)의 3차 코일에서 유도된 전압을 정류 다이오드(D2)와 캐패시터(C2)에서 정류 및 평활화한 후 분할저항(R2,R3)을 통해 입력받고, 이 궤환입력(F/B)에 따른 PWM펄스를 발생하여 반전버퍼(104)를 구동하여 스위칭소자(Q1)를 온/오프함으로써 고압을 안정화시키도록 되어 있다.

이와 같은 강압형 컨버터의 동작을 도 2에 도시된 파형도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2에서 (A)는 스위칭소자(Q1)를 온/오프시키기 위하여 노드 A로 출력되는 PWM 제어신호를 도시한 것이고, (B)는 PWM 제어신호가 반전버퍼를 통과하여 반전된 상태를 즉 노드 B에 인가되는 신호를 도시한 것이며, (C)는 노드 C, 즉 스위칭소자의 게이트단자로 인가되는 신호를 도시한 것이다. (D)는 다이오드(D1)의 양단간 전압(V_D1)을 도시한 것이고, (E)는 인덕터(L1)에 흐르는 전류(I_L1)를 도시한 것이며, (F)는 스위칭소자(Q1)를 통해 흐르는 전류(I_Q1)를 도시한 것이다.

제어신호가 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이, '하이'가 되면 반전버터의 출력은 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 로우 레벨로 천이하고, 스위칭소자가 턴 온되어 노드 C로 입력 직류전압이 인가된다. 이때, 스위칭소자의 드레인과 소오스간 전압은 거의 '0'으로 떨어지고, 스위칭소자를 통해 흐르는 전류는 도 2의 (F)에 도시된 바와 같이 상승하게 된다. 또한, 다이오드(D1)에는 역방향으로 전압이 인가되어 다이오드(D1)가 턴 오프되고, 따라서 다이오드(D1) 양단간에는 도 2의 (D)와 같이 높은 전압이 인가된다.

인덕터(L1)에는 입력전압과 출력전압의 차(DCin-B+)가 인가되어 인덕터(L1)에 흐르는 전류(I_L1)가 스위칭소자의 턴 온기간 동안 점차 증가하게 된다. 이때 인덕터 전류의 증가율( )은 인덕터(L1)에 인가되는 전압(V_L)과 인덕턴스(L)에 의해 다음 수학식 1과 같이 정해진다.

한편, 제어신호가 '로우'가 되어 스위칭소자(Q1)가 턴 오프되면 스위칭소자(Q1)의 드레인과 소스간에는 전압(V_Q1)이 나타나게 되고, 인덕터(L)에 역기전력이 발생하여 다이오드(D1)는 도통하게 되어 스위칭소자(Q1)를 통해 흐르던 전류가 다이오드(D1)를 통해 흐르게 된다. 이때 인덕터(L1)에 유기된 전압은 스위칭소자(Q1)가 온된 경우와 반대 방향이 되므로, 도 2의 (E)에 도시된 바와 같이 인덕터(L)에 흐르는 전류가 점차 감소하게 된다. 또한, 스위칭소자(Q1)가 턴 오프되기 때문에 스위칭소자를 통해 흐르는 전류는 도 2의 (F)와 같이 '0'이 되게 된다.

이와 같은 강압형 컨버터에서 출력전압(Vo=B+)의 크기는 다음 수학식 2와 같이 입력직류전압(Vi=DCin)의 크기와 스위칭소자의 턴온시간(Ton) 및 턴오프시간(Toff)에 의해 정해진다.

상기 수학식 2가 의미하는 바와 같이, 스위칭소자(Q1)의 턴온기간(Ton)이 길수록 출력전압(Vo)은 높아지게 되며, 계속 온되어 있을 경우 출력전압은 입력전압과 같아지게 된다.

그러나, 상기한 직류-직류 컨버터에서 PWM 제어신호의 주파수는 PWM제어기의 R_T단자와 C_T단자에 접속된 R_T저항의 저항값과 C_T캐패시터의 캐패시턴스에 의해 결정되고, PWM 제어신호의 턴온기간은 궤환전압의 크기에 의해 결정되는 바, PWM 제어신호의 주파수 f = 가 된다.

즉, PWM 제어신호의 주파수가 수평주파수에 관계없이 일정하게 고정되는데, 고압분리형 모니터에서 고압 FBT에 제공되는 고압 B+전압의 주파수와 스캔 B+전압의 주파수와 전원회로에 사용되는 AC컨버터의 주파수가 모두 다르기 때문에 CRT 화면에 지터가 발생되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고압 FBT에 제공되는 고압 B+전압을 생성하기 위한 PWM 제어신호의 주파수를 수평주파수에 따라 가변시킴으로써, 화면이 지터 현상이 제거되도록 하는 모니터의 직류-직류 컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회로는, FBT로부터 얻어지는 피드백전압에 따라 듀티비가 가변되는 PWM 제어신호를 출력하고 상기 PWM 제어신호의 주파수는 C_T캐패시터의 충/방전 동작에 따라 결정되는 PWM 제어기; 상기 PWM 제어기에서 출력되는 PWM 제어신호에 의해 턴 온/오프되면서 입력 직류전압을 B+ 전압으로 강압하여 상기 FBT로 제공하는 강압형 컨버팅부; 및 수평 발진신호의 하강 에지에서 C_T캐패시터를 강제적으로 방전시켜서 PWM 제어신호의 주파수가 수평 발진신호와 동기되도록 하는 동기 설정부로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 모니터에 있어서 일반적인 직류-직류 컨버터를 도시한 회로도,

도 2는 도 1에 도시된 직류-직류 컨버터의 각 부 신호 파형도,

도 3은 모니터의 PWM 제어기의 내부 회로도와 함께 본 발명에 따른 직류-직류 컨버터를 도시한 회로도,

도 4는 도 3에 도시된 직류-직류 컨버터의 각 부 신호 파형도이다.

* 도면의 주요 부분에 따른 부호의 명칭

100: 직류-직류 컨버터 110: FBT

120: 수평출력부 102: PWM 제어기

104: 반전버퍼 200: 동기 설정부

Q1: 스위칭소자

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 모니터의 직류-직류 컨버터를 도시하고 있는 바, 이는 FBT로부터 얻어지는 피드백전압에 따라 듀티비가 가변되는 PWM 제어신호를 출력하고 상기 PWM 제어신호의 주파수는 C_T캐패시터의 충/방전 동작에 따라 결정되는 PWM 제어기(102)와, 반전버퍼(104)와, PWM 제어기(102)에서 출력되는 PWM 제어신호를 반전버퍼(104)를 통해 입력받아 턴 온/오프되면서 입력 직류전압(DCin)을 B+ 전압으로 강압하여 상기 FBT로 제공하는 강압형 컨버팅부와, 수평 발진신호의 하강 에지에서 C_T캐패시터를 강제적으로 방전시켜서 PWM 제어신호의 주파수가 수평 발진신호와 동기되도록 하는 동기 설정부(200)로 구성된다.

여기서, 강압형 컨버팅부는 PWM 제어신호를 게이트단으로 인가받아 턴 온/오프되고 드레인단을 통해 입력 직류전압(DCin)이 인가되는 스위칭소자(Q1)와, 이 스위칭소자(Q1)의 소오스단에 접속된 다이오드(D1), 인덕터(L1), 캐패시터(C1)로 구성되는데, 인덕터(L1)와 캐패시터(C1)의 공통접점에서 B+ 전압이 출력된다.

상기 동기 설정부는 구형파의 수평 발진신호를 미분하는 미분회로부와, 상기 미분회로부에서 출력되는 미분신호의 음의 구간동안에 턴 온되어 C_T캐패시터의 충전전압을 영전위로 방전시키는 스위칭부로 구성된다.

이때, 상기 미분회로부는 구형파의 수평 발진신호가 입력되는 미분용 캐패시터(C21)와, 이 미분용 캐패시터(C21)와 직렬 접속된 미분용 저항(R21)으로 구성되고, 상기 스위칭부는 미분용 저항(R21)의 타단과 베이스단자가 접속되고 콜랙터단자는 접지된 pnp형 트랜지스터(Q21)와, 이 pnp형 트랜지스터(Q21)의 에미터단자에 캐소드단자가 접속되고 애노드단자는 상기 PWM 제어기(102)의 C_T단자와 접속되는 다이오드(D21)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하기에 앞서, 동기 설정부가 없는 상태에서 PWM 제어기로부터 PWM 제어신호가 출력되는 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.

PWM 제어기(102)에 구동전압이 인가되면 내부적으로 작용하여 레퍼런스전압(Vref)이 생성된다. 이 레퍼런스전압은 정전류원(31)을 통해 C_T캐패시터로 흐르게 되는데 이때 상기 C_T캐패시터가 충전된다. 즉, V_CT전압이 점진적으로 상승되는데 상기 V_CT전압이 기준전압(Vr)보다 높아지면 비교기(OP31)가 하이 레벨의 비교신호를 출력하여 트랜지스터(Q31)가 턴 온되면서 상기 C_T캐패시터의 충전전압은 로우 레벨로 하강하게 된다. 즉, V_CT선로에 인가되는 신호는 R_T저항과 C_T캐패시터의 시정수에 따른 주파수를 가지면서 출력되는 톱니파 신호가 되는 것이다.

한편, 직류-직류 컨버터에서 출력되는 고압 B+전압은 고압발생용 FBT로 인가되어 고압이 발생되고, 상기 FBT의 삼차권선에서 궤환되는 전압이 PWM 제어기(102)의 궤환단자로 입력된다. 이때, FBT의 고압이 설정전압보다 높아져서 궤환전압(V_F/B)이 상승하면 에러앰프(32)는 높은 전위의 V_F전압을 출력하고, 고압이 설정전압보다 낮아져서 궤환전압(V_F/B)이 하강하면 상기 에러앰프(32)는 낮은 전위의 V_F전압을 출력한다.

상기 V_CT전압과 V_F전압 각각은 비교기(OP32)의 반전 입력단자와 비반전 입력단자로 인가되는 바, 상기 비교기(OP32)는 도 4에 도시된 바와 같이 V_CT전압이 V_T전압보다 높으면 로우 레벨, 상기 V_CT전압이 V_T전압보다 낮으면 하이 레벨로 되는 PWM파형의 V_COM신호를 출력한다. 이 V_COM신호가 PWM 제어신호로서 반전버퍼(104)를 거쳐 스위칭소자(Q1)로 출력된다.

이와 같이 동기 설정부(200)가 없으면, R_T저항과 C_T캐패시터에 의해 결정된 시정수의 주파수를 가지는 PWM 제어신호가 출력된다. 한편, 동기 설정부(200)가 접속된 때의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

수평 발진회로는 수평 동기신호와 동일한 주파수를 가지는 구형파의 수평 발진신호를 출력하는데, 멀티싱크 모니터에서 수평주파수는 31.5 ∼ 95 KHz 까지 가변된다. 즉, 수평발진신호는 도 4에 도시된 바와 같이 출력되는데, 여기서 통상 수평 발진신호의 주파수는 R_T저항과 C_T캐패시터에 의해 결정된 시정수의 주파수보다 작다.

이 수평 발진신호는 미분용 캐패시터(C21)에서 고주파성분만 통과되면서 미분되는데, 이 미분신호는 도 4의 노드 a에 인가되는 신호와 같이 수평 발진신호의 하강 에지에서 음전압으로 하강하고 수평 발진신호의 상승 에지에서 양전압으로 상승하는 파형이 된다.

상기와 같이 형성된 미분신호는 pnp형 트랜지스터(Q21)의 베이스단으로 인가되는데, 이 pnp형 트랜지스터(Q21)는 공지된 바와 같이 베이스단 전압이 에미터단 전압보다 트랜지스터의 도통전압만큼 낮아져야 턴 온되는 특성을 가진다. 즉, 상기 pnp형 트랜지스터(Q21)는 미분신호가 음전압일 때, 즉 수평 발진신호가 하강에지일 때 턴 온된다. 이와 같이 pnp형 트랜지스터(Q21)가 턴 온되면 다이오드(D21)를 통해 C_T캐패시터의 충전전압이 영전위로 떨어지게 된다.

즉, 종래에는 C_T캐패시터의 충전전압이 비교기(OP31)의 부입력단자에 인가되는 기준전압(Vr)보다 커지면 영전위 트랜지스터(Q31)가 턴 온되면서 C_T캐패시터의 충전전압이 영전위로 하강하였는데, 본 발명에서는 C_T캐패시터의 충전전압이 기준전압(Vr)보다 크지 않더라도 수평 발진신호의 주파수에 따라 C_T캐패시터의 전위가 영전위로 하강하게 된다.

따라서, 본 발명을 적용하면 수평 발진신호의 주파수에 따라 C_T캐패시터에 인가되는 신호인 톱니파신호의 주파수가 커지면서 PWM 제어신호의 주파수가 수평 주파수와 일치하게 되고, 이로 인해 B+ 전압의 주파수가 수평 주파수와 일치하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 회로는, FBT에 제공되는 B+ 전압을 생성하기 위한 PWM 제어신호의 주파수를 수평 주파수에 따라 가변시킬 수 있기 때문에 화면의 지터 현상이 제거되고, 이로 인해 화질의 향상을 도모할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. FBT로부터 얻어지는 피드백전압에 따라 듀티비가 가변되는 PWM 제어신호를 출력하고 상기 PWM 제어신호의 주파수는 C_T캐패시터의 충/방전 동작에 따라 결정되는 PWM 제어기;

   상기 PWM 제어기에서 출력되는 PWM 제어신호에 의해 턴 온/오프되면서 입력 직류전압을 B+ 전압으로 강압하여 상기 FBT로 제공하는 강압형 컨버팅부; 및

   수평 발진신호의 하강 에지에서 C_T캐패시터를 강제적으로 방전시켜서 PWM 제어신호의 주파수가 수평 발진신호와 동기되도록 하는 동기 설정부로 구성된 것을 특징으로 하는 모니터의 직류-직류 컨버터.
2. 제1항에 있어서, 상기 동기 설정부는 구형파의 수평 발진신호를 미분하는 미분회로부와, 상기 미분회로부에서 출력되는 미분신호의 음의 구간동안에 턴 온되어 C_T캐패시터의 충전전압을 영전위로 방전시키는 스위칭부로 구성된 것을 특징으로 하는 모니터의 직류-직류 컨버터.
3. 제2항에 있어서, 상기 미분회로부는 구형파의 수평발 진신호가 입력되는 미분용 캐패시터와, 상기 미분용 캐패시터와 직렬 접속된 미분용 저항으로 구성되고,

   상기 스위칭부는 상기 미분용 저항의 타단과 베이스단자가 접속되고 콜랙터단자는 접지된 pnp형 트랜지스터와, 상기 pnp형 트랜지스터의 에미터단자에 캐소드단자가 접속되고 애노드단자는 상기 PWM 제어기의 C_T단자와 접속되는 다이오드로 구성된 것을 특징으로 하는 모니터의 직류-직류 컨버터.