KR20020046357A - Linear PWM control device - Google Patents

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    • H03K7/08—Duration or width modulation ; Duty cycle modulation

Abstract

PURPOSE: A linear pulse width modulation controller is provided to improve a characteristic in contradiction to a cost by using an OP AMP generally used instead of an inverter using an extra integrated circuit. CONSTITUTION: A triangular signal is generated by a charge/discharge operation of a capacitor(C) through flowing of a pulse voltage supplied to a reverse input port of a first OP AMP(OP1). Then a rectangular pulse(A) is supplied from a second OP AMP(OP2) by comparing the triangular signal with a second voltage(V2). The rectangular pulse(A) generates the triangular signal having a same tilt when increasing or decreasing using the pulse(A) as a reverse input value of the first OP AMP(OP1) through a switching transistor(Q). The triangular signal is lastly supplied to a non-reverse input port of a third OP AMP(OP3), then the third OP AMP(OP3) compares the triangular signal to an outer control voltage(Vc) supplied to the reverse input port of the third OP AMP(OP3) so as to output a rectangular signal(Vout) for controlling PWM(Pulse Width Modulation).

Description

선형적 펄스폭변조 제어장치{Linear PWM control device}Linear pulse width modulation device {Linear PWM control device}

본 발명은 PWM의 펄스폭변조를 선형적으로 제어하기 위한 장치로서, 보다 구체적으로는 일정한 기울기의 삼각파를 발생시켜 외부 콘트롤전압에 따라 선형적으로 일정하게 펄스폭변조를 제어하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for linearly controlling pulse width modulation of PWM, and more particularly, to a device for controlling pulse width modulation linearly and consistently according to an external control voltage by generating a triangular wave having a constant slope.

기존에, 냉음극관(cold cathode fluorescent lamp, CCFL)의 광도(밝기)를 DC전압(콘트롤 전압)으로 PWM 제어하기 위하여 인버터를 이용하고 있다. 인버터는 광도제어 전압(콘트롤전압)의 크기에 따라 냉음극관을 켜기 위한 전압의 펄스폭을 변조시키는 역할을 하는 장치이다. 일종의 펄스폭변조(PWM)에 의해 냉음극관의 광도를 제어하는 것이다. 물론, 인버터는 냉음극관의 광도제어 뿐만 아니라 복사기용 노광램프의 광도제어, 조광기(dimmer), 모터속도제어 등에 광범위하게 응용되고 있다.Conventionally, an inverter is used to PWM control the brightness (brightness) of a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) to a DC voltage (control voltage). The inverter is a device that modulates the pulse width of the voltage for turning on the cold cathode tube according to the magnitude of the brightness control voltage (control voltage). A kind of pulse width modulation (PWM) is used to control the brightness of the cold cathode tube. Of course, the inverter has been widely applied not only to the brightness control of cold cathode tubes, but also to the brightness control of dimmer exposure lamps, dimmers, and motor speed control.

인버터 장치에서 외부 콘트롤전압에 따라 냉음극관(이하, 총칭하여 "부하"라 함)의 구동전압을 펄스폭변조하는 부분은, 도1과 같은 회로에서 이루어진다. 즉, 삼각파 발생기(1)에서 만들어진 삼각파와 외부 콘트롤전압(Vc)을 비교기(3)에서 비교하여 Vc의 크기에 따라 비교기(3)의 구형파출력(Vout)의 펄스폭을 가변시켜서 인버터의 스위칭소자를 스위칭한다.In the inverter device, a portion of pulse width modulating the driving voltage of the cold cathode tube (hereinafter collectively referred to as "load") in accordance with an external control voltage is made in the circuit as shown in FIG. That is, by comparing the triangular wave produced by the triangular wave generator 1 with the external control voltage Vc in the comparator 3, the pulse width of the square wave output Vout of the comparator 3 is varied according to the size of Vc, thereby switching the inverter. Switch.

도1b는 도1a의 삼각파 발생기(1)에서 출력되는 삼각파의 파형(Vs)과, 콘트롤전압(Vc)과, 비교기(3)에서 최종적으로 출력되는 구형파출력(Vout)의 파형도를 나타낸다. 도1c는, Vc를 도1b의 Vc보다 낮게 설정된 경우의 Vout을 나타내는 파형도이다. 도1b와 도1c에서 보듯이, 외부 콘트롤전압 Vc의 크기에 따라 구형파출력(Vout)의 듀티비(W1/W2)가 달라짐을 알 수 있다. 즉, 도1c의 경우에 듀티비가 커지기 때문에 인버터의 스위칭소자의 스위칭에 의해 부하에 인가되는 구동전력의 평균치가 커지게 된다. 따라서, 도1c의 경우에 부하가 냉음극관이라면 밝기가 밝아질 것이고, 부하가 모터라면 속도가 빨라지게 될 것이다.FIG. 1B shows a waveform diagram of the waveform Vs of the triangular wave output from the triangular wave generator 1 of FIG. 1A, the control voltage Vc and the square wave output Vout finally outputted from the comparator 3. Fig. 1C is a waveform diagram showing Vout when Vc is set lower than Vc in Fig. 1B. As shown in FIGS. 1B and 1C, it can be seen that the duty ratio W 1 / W 2 of the square wave output Vout varies according to the magnitude of the external control voltage Vc. That is, in the case of Fig. 1C, since the duty ratio is increased, the average value of the driving power applied to the load is increased by switching the switching element of the inverter. Thus, in the case of FIG. 1C, the brightness will be brighter if the load is a cold cathode tube, and the speed will be faster if the load is a motor.

도1a의 삼각파 발생기(1)에서 발생되는 삼각파의 주파수는 커패시터(C)의 시정수에 의존하기 때문에 선형적인 특성을 갖지 못하고, 도1b나 도1c에서와 같이 상승기울기와 하강기울기가 지수함수적인 곡선특성을 갖는다. 따라서 콘트롤전압(Vc)을 일정하게 변화시켜도 구형파출력(Vout)의 펄스폭이 일정한 간격으로 변하는 것이 아니라 삼각파의 곡률이 완만한 부분에서는 아주 넓게, 삼각파의 곡률이 급한 부분에서는 거의 변하지 않는 등, 비선형적인 특성을 갖게 된다. 따라서, 종래의 인버터에서는 이렇게 비선형적인 특성을 갖는 구형파 출력을 이용하여 냉음극관(CCFL)의 밝기를 조절했기 때문에, 콘트롤전압에 따라 일정하게 밝기가 조절되는 특성을 갖는 조광을 할 수 없는 한계가 있다.Since the frequency of the triangular wave generated by the triangular wave generator 1 of FIG. 1A depends on the time constant of the capacitor C, the triangular wave generator 1 does not have a linear characteristic, and as shown in FIG. 1B or 1C, the rising and falling slopes are exponential. It has a curved characteristic. Therefore, even if the control voltage Vc is constantly changed, the pulse width of the square wave output Vout does not change at regular intervals, but is very wide in the gentle curvature of the triangular wave and hardly changes in the sharp curvature of the triangular wave. It has a characteristic. Therefore, in the conventional inverter, since the brightness of the cold cathode tube (CCFL) is adjusted by using the square wave output having the nonlinear characteristic, there is a limit in that it is not possible to control the brightness of the brightness constant according to the control voltage. .

따라서, 본 발명의 목적은 삼각파의 증가기울기와 감소기울기를 동일하게 하고 증가구간과 감소구간이 대칭인 완전한 삼각파를 발생하여 외부 콘트롤전압과 비교하여 선형적으로 PWM 제어하는 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a device for linearly PWM controlling a triangle wave as compared with an external control voltage by generating a complete triangle wave having the same increase and decrease slope of the triangular wave and having a symmetrical increase and decrease interval.

도1a는 종래의 PWM 제어장치를 나타내는 회로도.1A is a circuit diagram showing a conventional PWM control device.

도1b와 1c는 콘트롤전압(Vc)에 따른 PWM 제어동작을 나타내는 파형도.1B and 1C are waveform diagrams showing PWM control operation according to the control voltage Vc.

도2는 본 발명에 따른 PWM 제어장치의 회로도.2 is a circuit diagram of a PWM control apparatus according to the present invention.

도3은 도2의 A와 B에서의 파형도.Fig. 3 is a waveform diagram at A and B in Fig. 2;

<도면부호의 설명><Description of Drawing>

1: 삼각파 발생기, 3: 비교기, Vc: 외부 콘트롤 전압, Vs: 삼각파, C: 커패시터, Vout: 출력구형파, V1: 제1전압, V2: 제2전압, OP1:제1 OP앰프, OP2:제 2 OP앰프, OP3: 제3 OP앰프, Q: 스위칭소자1: triangle wave generator, 3: comparator, Vc: external control voltage, Vs: triangle wave, C: capacitor, Vout: output square wave, V1: first voltage, V2: second voltage, OP1: first OP amplifier, OP2: first 2 OP amplifier, OP3: third OP amplifier, Q: switching element

본 발명은, 외부 콘트롤전압과 삼각파를 비교하여 PWM 제어하는 장치로서, 기본적으로 적분기로 사용되는 제1 OP앰프와 비교기로 사용되는 제2, 제3 OP앰프로 구성된다.The present invention is a device for PWM control by comparing an external control voltage and a triangular wave, and basically comprises a first OP amplifier used as an integrator and a second and third OP amplifier used as a comparator.

제1 OP앰프의 반전 입력단과 비반전 입력단에는 소정 주파수의 펄스전압인 제1전압이 인가되고, 제1 OP앰프의 반전 입력단과 출력단 사이에는 커패시터가 연결되고, 제1 OP앰프의 출력단은 제2 OP앰프의 반전 입력단에 연결되고, 제2 OP앰프의 출력단은, 제1 OP앰프의 반전 입력단에 연결되어 반전 입력단에 인가되는 제1전압을 펄스형태로 인가되도록 단속하는 스위칭소자의 게이트단자에 연결되고, 제1 OP앰프의 출력단과 제2 OP앰프의 반전 입력단은 제3 OP앰프의 비반전 입력단과 연결되며, 제2 OP앰프의 반전 입력단에는 소정 크기의 제2전압이 인가되고, 제3 OP앰프의 비반전 입력단에는 PWM 제어를 위한 외부 콘트롤전압이 인가되도록 구성된다.A first voltage, which is a pulse voltage of a predetermined frequency, is applied to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the first OP amplifier, a capacitor is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the first OP amplifier, and the output terminal of the first OP amplifier is second It is connected to the inverting input terminal of the OP amplifier, the output terminal of the second OP amplifier is connected to the inverting input terminal of the first OP amplifier is connected to the gate terminal of the switching element for intermittent to apply the first voltage applied to the inverting input terminal in the form of a pulse The output terminal of the first OP amplifier and the inverting input terminal of the second OP amplifier are connected to the non-inverting input terminal of the third OP amplifier, and a second voltage having a predetermined magnitude is applied to the inverting input terminal of the second OP amplifier. The non-inverting input of the amplifier is configured to apply an external control voltage for PWM control.

실시예Example

도2는 본 발명에 따른 광도제어 장치의 구체적인 회로도이다. 제1 OP앰프인 OP1은 적분기로 사용되었는데, 반전(-)입력단에는 구형펄스인 제1전압(V1)이 인가된다. 인가되는 펄스가 로(low)일 때에는 Vin=0이 되고 인가펄스가 하이(high)일 때에는 Vin=Vin 이 된다. 이 펄스 입력은 Iin=Vin/R에 의해 전류를 발생시키는데, 이 모든 전류는 커패시터(C)로 흐른다. 그결과 커패시터(C)는 충전되고, 비반전 입력단의 전압에 대해 출력 전압(Vo)은 부(-)로 증가해 간다. 따라서 반전 입력단의 입력 전압이 하이인 경우 반주기가 감소하고, 로인 경우 반주기가 증가하는, 입력과 출력이 같은 주파수를 갖는 삼각파가 된다.2 is a specific circuit diagram of a light intensity control apparatus according to the present invention. The first OP amplifier OP1 was used as an integrator, and a first pulse V1, which is a square pulse, is applied to the inverting (-) input terminal. Vin = 0 when the applied pulse is low and Vin = Vin when the applied pulse is high. This pulse input generates current by Iin = Vin / R, all of which flows into capacitor (C). As a result, the capacitor C is charged and the output voltage Vo increases negatively with respect to the voltage of the non-inverting input terminal. Therefore, when the input voltage of the inverting input terminal is high, the half cycle is decreased, and when it is low, the half cycle is increased, and the input and output are triangular waves having the same frequency.

이 삼각파는 다시 비교기인 제2 OP앰프(OP2)의 반전입력이 되며 이것은 비반전 입력의 제2전압(V2)과 비교되어 구형파 펄스(도3의 A)를 만들어 내게 된다. 이 구형파 펄스는 스위칭소자(Q)를 동작시켜 다시 OP1의 반전입력으로 사용된다. 즉 피드백된다. 이 결과, OP1에서 출력되는 삼각파는 종래의 삼각파 발생기에서 출력되는 삼각파형과는 다르게, 도3의 (B)에서와 같이 기울기증가 구간이나 기울기감소 구간이나 일정한 기울기를 갖는 완전한 삼각파가 된다.This triangular wave is again an inverting input of the comparator second OP amp OP2, which is compared with the second voltage V2 of the non-inverting input to generate a square wave pulse (A in FIG. 3). This square wave pulse is used as an inverting input of OP1 by operating the switching element Q. That is, feedback. As a result, the triangular wave output from OP1 becomes a complete triangular wave having a slope increase section, a slope decrease section, or a constant slope, as shown in FIG. 3 (B), unlike a triangle waveform output from a conventional triangle wave generator.

위에서, 비교기 OP2의 비반전입력단에 인가되는 제2전압(V2)은 일정한 직류전압으로서, OP2의 반전입력단으로 인가되는 삼각파와 비교된 결과 출력구형파의 듀티비가 50%(즉, 도3의 A에서 W1=W2)가 되도록 하는 전압이 되도록 인가되어야 한다. 왜냐하면, OP1에서 출력되는 삼각파의 증가기울기와 감소기울기가 완전 대칭이 되도록 하기 위함이다.In the above, the second voltage V2 applied to the non-inverting input terminal of the comparator OP2 is a constant DC voltage, and as a result, the duty ratio of the output square wave is 50% (that is, in A of FIG. 3) as compared with the triangular wave applied to the inverting input terminal of the OP2. Should be applied to be a voltage such that W1 = W2). This is because the increase and decrease slopes of the triangular wave output from OP1 are completely symmetrical.

이렇게 해서 만들어진 완전한 삼각파는 최종적으로 제3 OP앰프(OP3)의 비반전(+) 입력이 되고, 이 삼각파와 반전 입력단에 인가되는 외부 콘트롤전압(Vc)을 비교하여 최종적으로 인버터의 스위칭소자를 제어하는 구형파출력(Vout)이 OP3으로부터 추력된다.The complete triangular wave thus made becomes the non-inverting (+) input of the third OP amplifier OP3. Finally, the triangular wave is compared with the external control voltage Vc applied to the inverting input terminal to finally control the switching element of the inverter. The square wave output Vout is thrust from the OP3.

본 발명에서 발생된 삼각파는 일정한 기울기를 갖게 되므로 일정한 외부 콘트롤전압의 변화에 따라 인버터의 스위칭소자를 제어하기 위한 구형파출력도 일정한 간격으로 변화하게 되며, 이것으로 인버터의 밝기 조절을 하게 되면 선형적인 특성을 갖는 조광을 할 수 있게 된다.Since the triangular wave generated in the present invention has a constant slope, the square wave output for controlling the switching element of the inverter also changes at regular intervals according to a change in a constant external control voltage. It is possible to perform dimming with.

이상에서는 본 발명의 기술적 사상을 냉음극관용 인버터의 스위칭소자 제어용 회로에 한정하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것이 아니라는 것은 당업자에게는 자명한 사실이다. 예컨대, 본 발명은 냉음극관 이외의 각종 램프의 광도제어, 조광기(dimmer), 모터속도제어 장치 등에 광범위하게 적용할 수 있다.In the above description, the technical idea of the present invention is limited to the switching element control circuit of the cold cathode tube inverter, but it is apparent to those skilled in the art that the technical idea of the present invention is not limited thereto. For example, the present invention can be widely applied to brightness control, dimmer, motor speed control device and the like of various lamps other than the cold cathode tube.

본 발명에 따르면, 삼각파는 일정한 기울기를 갖게 되므로 일정한 외부입력의 변화에 따라 출력도 일정한 간격으로 변화하게 되며, 이것으로 인버터 등에서 냉음극관의 밝기 조절을 하게 되면 선형적인 특성을 갖는 조광을 할 수 있게 된다. 본 발명에 따른 PWM 제어장치는 일반적으로 사용되는 OP앰프를 이용하여 간단하면서도 선형적인 제어를 할 수 있는 구성을 갖기 때문에, 별도의 전용 IC를 이용한 인버터와 비교하여 저가격으로 동일한 특성을 얻을 수 있으므로 가격 대비 특성이 우수한 인버터를 만들 수 있다.According to the present invention, since the triangular wave has a constant slope, the output is also changed at regular intervals according to the change of a constant external input, whereby the brightness of the cold cathode tube in the inverter or the like can be adjusted to have a linear characteristic. do. Since the PWM control device according to the present invention has a configuration capable of simple and linear control using a commonly used OP amplifier, the same characteristics can be obtained at a lower cost compared to an inverter using a separate dedicated IC. Inverters with good contrast characteristics

Claims (2)

외부 콘트롤전압과 삼각파를 비교하여 PWM 제어하는 장치가, 적분기로 사용되는 제1 OP앰프(OP1)와 비교기로 사용되는 제2, 제3 OP앰프(OP2, OP3)로 구성되는데,A device for PWM control by comparing an external control voltage and a triangular wave includes a first OP amplifier OP1 used as an integrator and second and third OP amplifiers OP2 and OP3 used as a comparator. 제1 OP앰프(OP1)의 반전 입력단과 비반전 입력단에는 소정 주파수의 펄스전압인 제1전압(V1)이 인가되고,The first voltage V1, which is a pulse voltage of a predetermined frequency, is applied to the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the first OP amplifier OP1, 제1 OP앰프(OP1)의 반전 입력단과 출력단 사이에는 커패시터(C)가 연결되고,A capacitor C is connected between the inverting input terminal and the output terminal of the first OP amplifier OP1, 제1 OP앰프(OP1)의 출력단은 제2 OP앰프(OP2)의 반전 입력단에 연결되고,The output terminal of the first OP amplifier OP1 is connected to the inverting input terminal of the second OP amplifier OP2. 제2 OP앰프(OP2)의 출력단은, 제1 OP앰프(OP1)의 반전 입력단에 연결되어 반전 입력단에 인가되는 제1전압(V1)을 펄스형태로 인가되도록 단속하는 스위칭소자(Q)의 게이트단자에 연결되고,The output terminal of the second OP amplifier OP2 is connected to the inverting input terminal of the first OP amplifier OP1 so as to intercept the first voltage V1 applied to the inverting input terminal in a pulse form so as to interrupt the gate of the switching element Q. Connected to the terminal, 제1 OP앰프(OP1)의 출력단과 제2 OP앰프(OP2)의 반전 입력단은 제3 OP앰프(OP3)의 비반전 입력단과 연결되며,The output terminal of the first OP amplifier OP1 and the inverting input terminal of the second OP amplifier OP2 are connected to the non-inverting input terminal of the third OP amplifier OP3. 제2 OP앰프(OP2)의 반전 입력단에는 소정 크기의 제2전압(V2)이 인가되고,A second voltage V2 of a predetermined magnitude is applied to the inverting input terminal of the second OP amplifier OP2, 제3 OP앰프(OP3)의 비반전 입력단에는 PWM 제어를 위한 외부 콘트롤전압(Vc)이 인가되도록 구성되어,An external control voltage Vc for PWM control is applied to the non-inverting input terminal of the third OP amplifier OP3, 제1 OP앰프(OP1)의 반전 입력단에 인가되는 펄스전압이 커패시터(C)로 흘러 커패시터(C)의 충방전 동작에 의해 삼각파가 발생되고, 이 삼각파는 제2 OP앰프(OP2)에서 제2전압(V2)과 비교되어 구형파 펄스(A)를 출력하고, 이 구형파펄스(A)는 상기 스위칭소자(Q)를 통해 제1 OP앰프(OP1)의 반전입력으로 사용되어 증가구간의 기울기와 감소구간의 기울기가 동일한 삼각파를 발생시키며,A pulse voltage applied to the inverting input terminal of the first OP amplifier OP1 flows to the capacitor C to generate a triangular wave by the charge / discharge operation of the capacitor C, and the triangular wave is generated by the second OP amplifier OP2 at the second. Compared to the voltage V2 and outputs a square wave pulse (A), the square wave pulse (A) is used as the inverting input of the first OP amplifier (OP1) through the switching element (Q) to decrease the slope and increase of the increase period. The slope of the interval produces the same triangle wave, 이 삼각파는 최종적으로 제3 OP앰프(OP3)의 비반전(+) 입력이 되고, 이 삼각파와 반전 입력단에 인가되는 외부 콘트롤전압(Vc)을 비교하여 최종적으로 PWM 제어를 하는 구형파출력(Vout)이 제3 OP앰프(OP3)으로부터 출력되는 것을 특징으로 하는, 선형적 PWM 제어장치.The triangular wave finally becomes the non-inverting (+) input of the third OP amplifier OP3, and compares the triangular wave with the external control voltage Vc applied to the inverting input terminal to finally perform the PWM control to perform the square wave output Vout. The linear PWM control device, characterized in that output from the third OP amplifier (OP3). 청구항 1에서, 제2 OP앰프(OP2)의 비반전입력단에 인가되는 제2전압(V2)은 제2 OP앰프(OP2)의 반전 입력단으로 인가되는 삼각파와 비교된 결과 출력단에서 출력되는 구형파의 듀티비가 50%가 되도록 하는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는, 선형적 PWM 제어장치.The second voltage V2 applied to the non-inverting input terminal of the second OP amplifier OP2 is a duty of the square wave output from the output terminal as compared with the triangular wave applied to the inverting input terminal of the second OP amplifier OP2. Linear PWM control, characterized in that having a size such that the ratio is 50%.
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