KR200293246Y1 - 다중-부하 압전식 변성회로 드라이버 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 고안에 따른 다중-부하 압전식 변성회로 드라이버 모듈은 적어도 한 쌍의 압전세라믹 변성기 및 각각의 압전세라믹 변성기에 접속되는 적어도 하나의 부하로 구성된다. 동일위상을 갖는 각 쌍의 전압은 반대극성화를 갖는 한 쌍의 입력단에 입력되거나 또는 반대극성화의 입력단을 갖는 2개의 압전세라믹 변성기 그룹 또는 그것의 그룹 조립체는 피드백단이 서로 직렬로 결합되는 부하의 입력단에 반대위상을 갖는 짝수의 반대위상의 전압을 출력한다. 압전식 변성회로에 의하여 구동되는 경우에는, 반대극성화로 인하여, 반대위상의 한 쌍의 전압을 출력함으로써 균일한 전류 및 더 큰 출력전압 및 더 나은 정합 임피던스와 같은 개선된 특성을 얻을 수 있다. 그리고, 단일의 드라이버회로는 적절한 방식으로 다중세트의 부하를 동시에 작동시킬 수 있다.

Description

다중-부하 압전식 변성회로 드라이버 모듈{MULTI-LOAD PIEZOELECTRIC TRANSFORMATION CIRCUIT DRIVER MODULE}
본 고안은 적절한 방식으로 다중-부하를 구동시키는 압전 변성 (piezoelectric transformation) 회로 드라이버 모듈에 관한 것이다.
현재 시판되는 데스크탑 또는 노트북 컴퓨터, PDA 및 웹패드(Webpad)용 액정디스플레이(LCD)패널은 모두 광원이 필요하다. 광원은, 가시 디스플레이화상(visible display picture)을 생성하도록 배면광(back light)패널상에 광을 투영시키기 위하여, 고전압에서 냉음극형광램프(CCFL)을 작동시키는 드라이버유닛에 의하여 발생된다. 또한, 오존 발생기 및 음이온 발생기도 살균효과를 달성하도록 소자 또는 장치를 구동시키기 위하여 고전압을 사용한다.
또한, 터치제어막(touch control film)을 구비하는 LCD TV 또는 LCD 디스플레이 스크린은 비주얼뷰잉요건(visual viewing requirement)을 보충하기 위하여, 더 강한 광세기(light intensity)가 필요하다. CCFL은 고전압으로 비춰진다. 강한 전류는 강한 광세기를 발생시킬 수 있다. 광세기 및 균일성(evenness)을 향상시키기 위하여, 일반적으로 복수의 램프관이 사용되고 있다. 이러한 환경에서는, 관 전류의 균일성 또는 램프관들 간의 특성편차가 매우 중요하게 된다. 또한, 다중-부하가 있을 때는, 점등구동을 위한 제어소자도 증가된다. 그 결과, 회로보드는 더 커지고, 제조가 더 어려워지며, 비용도 증가된다. 도 1은 종래의 CCFL 작동용 드라이버유닛을 예시한다. 전원공급장치(3)의 전압이 인가되면, 드라이버유닛(5)은 정/역 피에조효과를 통하여 CCFL(2)을 조명하기 위하여 압전세라믹 변성기(1)를 즉시 작동시킨다. 펄스폭변조(PWM)제어유닛(4)은 전류피드백(7)을 통하여, 램프관(2)내의 관 전류를 검출한다. 그리고, CCFL(2)의 평균전류는 드라이버유닛(5) 및 압전변성기(1)를 통하여 제어될 수 있다. 발생되는 광은 화상을 디스플레이하도록 배면광패널에 투영될 수 있다.
그러나, 광세기 및 균일성을 증대시키기 위하여 복수의 램프관을 채용하면, 모든 램프관은 제조시에 공차(allowance) 및 편차를 갖기 때문에, 모든 램프관의 전류 및 광세기가 다르다. 광세기 및 균일성을 향상시키기 위하여 다수의 램프관을 선택하고 조화시키는 것은 까다로우며 추가 램프관을 필요로 한다. 이것은 더 많은 비용을 들게 하고, 또한 생산 또는 조정이 쉽지 않다.
구동방법을 채택하고 있는 종래의 기술이 일본특허번호 제 11-259028호에 개시되어 있다. 2개의 압전변성기의 입력단에 한 쌍의 반대위상전압을 입력시켜 기능한다. 압전변성기는 구동용으로 한 쌍의 반대위상전압을 전달하기 위하여 출력단을 갖는다. 그러나 실제로, 압전세라믹 변성기의 입력단에 접속시키기 위하여 한 쌍의 반대위상전압을 만들어 회로에 채택하는 것은 구동회로를 너무 복잡하고 고가로 만든다. 또한 생산하기도 어렵다. 게다가, 이런 회로는 전류검출기로서, 전자기 간섭(EMI)문제를 일으키는 전자기 변성기를 활용한다. 그 결과, EMI 문제가 없는압전세라믹 변성기를 채용하는 이점을 잃는다.
그러므로, 본 고안의 주목적은 상술된 단점을 해결하는 것이다. 본 고안은 1이상의 부하에 각각 접속되어 있는 한 쌍 또는 여러 쌍의 압전세라믹 변성기를 구비한 압전변성회로를 제공하는 것이다. 동일위상의 각 전압쌍은 반대극성화를 갖는 한 쌍의 입력단에 입력되거나, 또는 반대극성화의 입력단을 갖는 2개의 압전세라믹 변성기 그룹 또는 그것의 그룹 조립체는 부하의 양 단 또는 피드백단이 직렬로 서로 결합되어 있는 부하의 입력단에 짝수의 반대위상의 출력전압을 출력한다. 압전식 변성회로에 의하여 구동되고, 전압이 부하에 인가될 때, 균일한 출력전류, 더 큰 출력전력 및 더 양호한 정합 임피던스와 같은 개선된 특성들이 얻어질 수 있다. 그리고, 적절한 방식으로 단일 드라이버 회로가 다중세트의 부하집단을 동시에 작동시킬 수 있다.
본 고안의 또 다른 목적은 더 많은 에너지를 얻기 위하여(부하전류를 증가시키기 위하여) 압전세라믹 변성기의 오실레이션을 보상하도록 분기(branch) 캐패시턴스를 형성하기 위하여 압전세라믹 변성기(들)의 입력단(들)에 캐패시터(들)를 접속시키는 것이다.
본 고안의 상기 및 기타 목적과 특성 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 계속되는 아래의 상세한 설명으로 더 쉽게 이해될 수 있다.
도 1은 종래의 냉음극 램프관용 드라이버유닛의 회로도,
도 2는 압전세라믹 극성화 전후의 자구(domain)의 변화를 나타내는 개략도,
도 3a는 단일세트의 출력단 및 입력단을 구비한 단일 판 압전세라믹 변성기에 채택된 본 고안의 개략도,
도 3b는 단일세트의 출력단 및 입력단을 구비한 적층형 압전세라믹 변성기에 채택된 본 고안의 개략도,
도 3c는 2세트의 출력단 및 입력단을 구비한 단일 판 압전세라믹 변성기에 채택된 본 고안의 개략도,
도 3d는 2세트의 출력단 및 입력단을 구비한 적층형 압전세라믹 변성기에 채택된 본 고안의 개략도,
도 4는 본 고안에 따른 2세트의 단일 판 압전세라믹 변성기의 입력 및 출력 전압 위상의 개략도,
도 5는 2개의 부하에 대한 본 고안의 실시예의 회로도,
도 6은 본 고안의 실시예의 개략도,
도 7은 다중의 세트의 부하를 구동시키기 위하여 1세트가 되도록 반대 극성화의 입력단을 갖는 2세트의 압전세라믹 변성기를 결합시키는 본 고안의 개략도,
도 8은 본 고안의 다른 실시예의 개략도,
도 9는 본 고안의 또 다른 실시예의 개략도이다.
도 2는 압전세라믹의 극성화 전후의 자구(domain)의 변화를 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 압전세라믹 변성기는 일체형 솔리드 스테이트(solid state) 전자변성기이고, 단일 층(판) 또는 스택된(적층형) 층의 설계 및 구조가 채택되고, 완성품이 되도록 고온에서 형성 및 소결된다. 그러나, 압전세라믹은 고온에서 소결된 후에 압전특성을 갖지 않고, 무질서한 자구를 지니는 단순한 유전(dielectric)소자가 된다. 고전압 직류하에서 극성화로 처리된 후에만, 상기 자구는 인가된 압전전기장에 따라 정돈된 방식으로 배열될 수 있다.
압전세라믹 변성기는 압전세라믹 기계에너지 및 전기에너지에 존재하는 정역 피에조효과의 에너지 변환특성을 채용하여 기능하고, 공진방식(resonant manner)으로 동작하기 때문에, 압전세라믹 변성기는 특정주파수에서만 더 높은 전압이득을 얻을 수 있다. 따라서, 소정의 기능을 하도록 압전변성회로를 형성하기 위하여 선택된 회로와 결합되어야 한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 고안에 따라, 1세트 또는 2세트의 출력단 및 입력단을 구비한 단일 판 또는 적층형 압전세라믹 변성기에 대한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 1세트의 출력단 및 입력단을 구비한 단일 판 또는 적층형 압전세라믹 변성기 중의 어느것이든 전류입력단 및 고전압출력단을 갖는다. 전원공급장치가 전류입력단에 접속되면, 압전세라믹 변성기의 출력단에서는 고전압구동을 필요로 하는 부하를 구동시키는데 사용될 수 있는 고전압출력을 발생시킨다.
본 고안은 2세트 이상의 단일판 또는 적층형 압전세라믹 변성기에도 채택될 수 있다. 2세트의 단일판 또는 적층의 극성화는 반전방식(inverse manner)으로 뒤집힐 수 있고, 2개의 고전압 출력단을 형성하도록 접속될 수 있다. 전원공급장치가전류입력단에 접속되면, 고전압출력단은 2세트의 부하를 구동시키는데 사용될 수 있다.
도 4는 본 고안에 따른 1이상 세트의 단일 판 압전세라믹 변성기의 입력 및 출력전압위상의 개략도이다. 도면에 도시되는 바와 같이, 동일한 전압위상을 갖지만 반대극성화의 2개의 입력단을 구비하는 한 쌍의 압전세라믹 변성기(1, 1')는 서로 접속된 제1전원공급장치 전류단(12, 12')을 갖는다. 제2전원공급장치 전류단(11, 11')이 동일한 위상의 한 쌍의 전압에 각각 접속된 후, 2개의 압전세라믹 변성기(1, 1')의 고전압 출력단(13, 13')은 반대위상의 2개의 신호로 검출될 수 있다. 따라서, 2개의 압전세라믹 변성기(1, 1')에 의하여 발생된 반대위상의 신호는 균일한 전류, 더 큰 출력전력 및 향상된 임피던스의 특성을 갖는 출력으로, 신속하게, 순간적으로 및 교대로 부하를 구동시키도록 사용될 수 있다.
도 5는 본 고안의 실시예의 회로도이다. 도면에 도시되는 바와 같이, 드라이버회로는 적어도, 동일한 입력전압위상 및 반대극성화의 입력단을 구비한 1세트의 압전세라믹 변성기(1, 1') 및 상기 압전세라믹 변성기로부터 반대위상의 전압에 의하여 구동되는 부하(2, 2')를 포함한다. 상기 부하(2, 2')는 함께 결합된 피드백단 및 반대극성화를 갖는 압전세라믹 변성기(1, 1')의 출력단에 각각 접속된 입력단을 갖는다. 상기 드라이버회로에 의하여 구동되면, 균일한 전류, 더 큰 출력전력 및 더 양호한 정합 임피던스의 출력이 얻어질 수 있고, 단일 드라이버회로가 다중세트의 부하를 작동시킬 수 있다.
상술된 압전세라믹 변성기(1, 1')는 종래의 소자이다. 압전세라믹 변성기(1)는 고전압직류하에서의 극성화과정에 의하여 만들어진 입력단 및 출력단을 가지며, 극성화된 방향에 따라 전력공급 입력단(11, 12, 11', 12') 및 고전압 출력단(13, 13')을 형성한다.
부하(2, 2')는 냉음극형광관, 오존발생기, 음이온발생기 등과 같은 고전압구동소자이다. 상기 부하(2, 2')는 각각 입력단(22, 22') 및 피드백단(21, 21')을 가진다. 피드백단(21, 21')은 직렬로 결합된다. 두 입력단(22, 22')은 고전압드라이버모듈을 형성하기 위해서 압전세라믹 변성기(1, 1')의 고전압출력단(13, 13')에 각각 접속된다.
드라이버모듈이 사용을 위해서 배치되는 경우에, 상기 드라이버모듈은 압전식 변성회로에 채택된다. 1세트의 드라이버회로는 2개의 부하(2, 2')를 기능시키도록 구동하기 위해서 한 쌍의 반대위상출력전압을 전달하는 반대극성화의 입력단을 갖는 2세트의 압전식변성기(1, 1')로 동일위상인 한 쌍의 전압을 출력하기 위하여 병렬로 결합된다. 상기 2개의 부하(2, 2')는 신속하게, 순간적으로 및 교대로 동작될 수 있다. 오실로스코프는 2개의 부하(2, 2')의 전압이 반대위상각을 갖는다는 것을 검출한다. 이것은 2개의 부하(2, 2')가 신속하게, 순간적으로 및 교대로 구동되었다는 것을 나타낸다.
도 6은 냉음극램프관용 드라이버유닛인 본 고안의 실시예에 관한 도면이다. 상기 장치는 전원공급장치(3), 펄스폭변조(PWM)제어유닛(4), 드라이버유닛(5), 반대극성화의 2개의 입력단을 구비한 2개의 압전세라믹 변성기(1, 1') 및 직렬로 결합된 2개의 램프관(2, 2')으로 이루어진다. 드라이버유닛(5)이 작동되면, 압전세라믹 변성기(1, 1')가 즉시 동작하도록 구동되고, 램프관(2, 2')은 조명작용을 수행하도록 구동된다. 한편, PWM제어유닛(4)은 공진주파수를 출력하고 드라이버유닛(3) 및 압전세라믹 변성기(1, 1')를 통하여 램프관(2, 2')의 평균전류를 제어한다.
2개의 램프관(2, 2')은 압전세라믹 변성기(1, 1')의 출력단에 각각 접속되어 있는 입력단(22, 22') 및 직렬로 결합되는 피드백단(21, 21')을 갖는다. 따라서, 두개의 램프관(2, 2')은 순간적으로, 신속하게 및 교대로 조명될 수 있다. 끝없는 사이클에서 행해지는 이러한 제어하에서, 균일한 관전류, 더 큰 출력전력 및 더 양호한 정합 임피던스의 특성들이 얻어질 수 있다. 본 고안을 LCD배면광패널에 채택하면, 램프관의 수가 크게 감소될 수 있다. 생산조정 및 정합선택이 더 용이해지고, 생산단가가 크게 줄어들 수 있다.
도 7은 본 고안에 따른, 다중세트의 부하를 구동시키기 위하여, 1세트가 되도록 반대극성화의 입력단을 갖는 2세트의 압전세라믹 변성기를 결합하는 도면이다. 도면에 도시되는 바와 같이, 상술된 기술은 다중세트의 부하(2, 2')를 구동시키기 위해서 복수의 압전세라믹 변성기(1, 1')를 접속시키는데도 채택될 수 있다.
도 8은 본 고안의 또 다른 실시예의 도면이다. 이는 도 5에 도시된 것과 대체로 동일하다. 차이점은, 더 큰 에너지출력을 얻기 위하여(전류 및 출력전력을 증가시키기 위해서), 압전세라믹 변성기(1, 1')의 오실레이션을 보상하는 분기 캐패시턴스를 형성하도록 압전세라믹 변성기(1, 1')의 전원공급장치 입력단(11, 12, 11', 12')이 캐패시터(6, 6')와 각각 병렬로 결합되는 점이다. 따라서, 램프관의 수가 감소될 수 있거나, 드라이버유닛의 입력전압이 감소될 수 있거나, 또는 사용돨 전자소자의 수가 감소되거나, 또는 압전세라믹 변성기를 생산하기 위하여 필요한 재료가 절감될 수 있다. 그 결과, 생산이 더 용이해지고 비용이 저렴해진다.
다음은 반대극성화의 입력단을 구비한 2개의 압전세라믹 변성기에 한쌍의 동일위상의 전압을 출력하고, 직렬로 결합된 램프관의 2개의 부하의 입력단에 한쌍의 반대위상전압을 출력하도록 병렬로 결합되고, 직렬로 결합된 부하의 피드백단을 구비한 1세트의 드라이버회로를 포함하는 실험이다. 긴 램프관을 작동시키기 위해서 상술된 드라이버회로를 채용하는 또 다른 실험도 수행된다.
1. 직렬로 결합된 2세트의 램프부하를 구동시키기 위하여, 동일 또는 반대극성화의 입력단을 구비한 2세트의 압전세라믹 변성기:
A. 시험조건: V(DCV): 12.5±5% V, 램프관길이: 220mm x 2세트, 작동주파수: 74±2 kHz, 광변조조건: DCV 0V, 각각 3.5 W, 42mmL x 7.4 mmW x 3.7mm t인 2세트의 적층형 압전변성기, 입력단 정전캐패시턴스: 160 nF 및 180 nF, 입력단 적층수: 18층, 시험온도: 27 ±10% ℃
B. 시험보고서:
A 관전류(AVG)mAacI B 관전류(AVG)mAacI
동일극성화 6.29 mA 4.76 mA
반대극성화 6.39 mA 6.05 mA
시험 결과, 반대극성화의 압전변성기를 채용하고, 직렬로 결합된 2세트의 램프관을 각각 구동시키기 위하여 한 쌍의 반대위상전압을 출력하여, 균일한 관전류가 얻어지고, 2개의 램프관에 대한 균일성이 향상될 수 있다는 것이 증명되었다.
2. 긴 단일의 램프관을 구동시키기 위하여 결합되는 반대극성화의 2개의 압전세라믹 변성기:
A. 시험조건: V(DCV): 12.5±5% V, 램프관길이: 420mm x 1세트, 작동주파수: 74±2 kHz, 광변조조건: DCV 0V, 각각 3.5 W, 42mmL x 7.4 mmW x 3.7mm t인 2세트의 적층형 압전변성기, 입력단 정전캐패시턴스: 160 nF 및 180 nF, 입력단 적층수: 18층, 시험온도: 27 ±10% ℃
B. 시험보고서:
동일위상의 압전변성기를 결합하는 것은 긴 램프관을 구동시킬수 없기 때문에, 출력위상이 동일한 1세트의 압전변성기를 구동을 위해 사용하는 경우에는, 더 큰 크기와 더 큰 전압의 압전식변성기가 요구되고, 제조도 더 어려우며, 희박요건 및 경미요건(lean and light requirement)을 달성할 수 없다. 상술된 시험을 통해, 단일의 긴 램프관을 구동시키기 위해서 한 쌍의 반대위상전압을 출력하도록 반대극성화를 갖는 더 작은 크기의 압전식변성기를 결합해 사용하면 균일한 관 전류 및 더 큰 출력전압을 얻을 수 있다는 것을 증명되었다(도 9에 도시한 바와 같음).
본 고안은 1이상의 부하와 접속되어 있는 한 쌍 이상의 압전세라믹 변성기를 포함하는 압전식 변성회로를 제공한다. 이 압전식 변성회로에 의하여 균일한 출력전류, 더 큰 출력전력 및 더 나은 정합 임피던스와 같은 특성들이 향상되며, 적절한 방식으로 단일 드라이버 회로가 다중세트의 부하를 동시에 작동시킬 수 있게 된다. 또한, 본 고안에 의해서, 압전세라믹 변성기(들)의 입력단(들)에 캐패시터(들)를 접속하여 압전세라믹 변성기의 오실레이션을 보상하도록 분기 캐패시턴스를 형성함으로써 더 많은 에너지를 획득할 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. 적어도,
    한 쌍 또는 복수 쌍의 압전세라믹 변성기; 및
    각각의 압전세라믹 변성기에 접속되어 있는 1이상의 부하를 포함하는 다중-부하 압전식 변성회로 드라이버 모듈에 있어서,
    동일위상을 갖는 각 쌍의 전압은 반대극성화를 갖는 입력단에 입력되거나 또는 반대극성화의 입력단을 구비한 짝수개의 압전세라믹 변성기 그룹 또는 그것의 그룹 조립체는 부하의 끝단 또는 피드백단이 서로 직렬로 결합되는 부하들의 입력단에 짝수의 반대위상출력전압을 전달하는 것을 특징으로 하는 다중-부하 압전식 변성회로 드라이버 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전세라믹 변성기는 선택적으로 단일층(판) 또는 다중-층(판)으로 만들어지고, 하나 또는 짝수개의 입력/출력단을 갖는 것을 특징으로 하는 다중-부하압전식 변성회로 드라이버 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부하는 고전압에 의하여 구동되는 소자 또는 제품인 것을 특징으로 하는 다중-부하 압전식 변성회로 드라이버 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    고전압에 의하여 구동되는 상기 소자 또는 제품은 냉음극형광램프, 오존발생기 또는 음이온발생기의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다중-부하 압전식 변압회로 드라이버 모듈.
  5. 적어도,
    한 쌍 또는 복수 쌍의 압전세라믹 변성기; 및
    각각의 압전세라믹 변성기에 접속되어 있는 1이상의 부하를 포함하는 세라믹 다중-부하 압전식 변압회로 드라이버모듈에 있어서,
    동일위상을 갖는 각 쌍의 전압은 반대극성화를 갖는 입력단에 입력되거나 또는 반대극성화의 입력단을 구비한 짝수개의 압전세라믹 변성기 그룹 또는 그것의 그룹 조립체가 부하의 끝단 또는 피드백단이 서로 직렬로 결합되는 부하들의 입력단에 짝수의 반대위상출력전압을 전달하며, 상기 압전식 세라믹 변성기의 각 입력단은 캐패시터에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 다중-부하 압전식 변성회로 드라이버 모듈.
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