KR20030088684A - 고휘도 엘씨디 모니터의 백라이트용 평면 램프 및 광고용냉음극 평면 램프 구동을 위한 인버터 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고휘도 엘씨디 모니터의 백라이트용 평면 램프 및 광고용 냉음극 평면 램프를 구동하기 위한 인버터에 관한 것이다. 본 발명에서는 1차측과 2차측이 각각 1권선으로만 구성되어 있는 포워드 방식의 변압기를 적용하여 인버터 회로 구성을 간략화함으로써, 대전력 전달에 안정적인 특성을 가지도록 하고, 제조 원가를 절감할 수 있게 된다. 그리고, 캐패시터 C1과 변압기 1차측 코일에 의한 전압 공진으로 인해 변압기를 리셋함으로써, 변압기 및 트랜지스터의 손실을 야기하는 잔류 자속밀도의 상승을 억제한다.

Description

고휘도 엘씨디 모니터의 백라이트용 평면 램프 및 광고용 냉음극 평면 램프 구동을 위한 인버터 회로{inverter circuit for driving flat lamp for use in backlight of high brightness LCD monitor and cold cathode flat lamp for use in an advertisement}
본 발명은 엘씨디 모니터의 평면 램프용 인버터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고휘도 엘씨디 모니터의 백라이트용 평면 램프 및 광고용 냉음극 평면 램프 구동을 위한 인버터 회로에 관한 것이다.
최근 컴퓨터용 모니터로서는 얇고 가벼운 특징을 가지고 있는 엘씨디(LCD:Liquid Crystal Display)가 각광받고 있다. 상기 엘씨디는 비발광 방식의 디스플레이소자로서, 형광램프등으로 구성된 백라이트를 필요로 한다. 이러한 백라이트로서는 엘이디(LED)소자 또는 EL(electroluminescence)등과 같은 전자발광소자가 사용되기도 하지만 대부분의 경우에는 비교적 발광효율이 좋고 비교적 값이 저렴한 냉음극 형광램프가 사용되고 있다. 상기 백라이트의 구조는 대부분 도광판 방식으로서, 아크릴계열의 수지로 구성된 도광판의 일단 또는 양단에 형광램프가 배치되어 있고, 상기 형광램프는 인버터의 고전압 출력단에 연결되어 구동되는 것이 일반적이다.
상기 형광램프를 구동하는 인버터는 낮은 직류전압을 고주파의 교류전압으로 바꾸고 이를 변성기를 사용하여 형광램프를 구동할 수 있는 고주파의 고전압으로 변환하는 장치이다. 그리고 상기 인버터에는 부가적으로 형광램프의 온/오프를 제어하거나 밝기 및 색채를 연속적으로 제어하는 조광(dimmer) 제어회로등이 포함되기도 한다. 그리고, 직류 전류를 교류 전류로 변환하기 위한 일반적인 수단으로 공진회로가 사용되는데, 이러한 공진회로는 크게 외부의 제어신호에 의해 공진주파수 및 위상이 제어되어 일정한 공진조건이 유지되는 타려식 공진회로와 외부에서 공진주파수나 위상을 제어하는 신호나 회로를 갖지 않는 자려식 공진회로로 구분된다.
도 1은 종래 방법에 따라 구현된 엘씨디 모니터의 백라이트용 램프 구동을 위한 인버터 회로로서, 푸쉬-풀(Push-Pull) 회로 방식을 변형한 로이얼 컨버터(royer converter)가 적용되어 있다.
도면을 참조하면, 변압기(100)의 1차측에 형성되어 있는 2번∼4번핀간의 인덕턴스 성분 L24와 공진용 커패시터 C1에 의해 변압기(100)의 2번핀과 4번핀 사이에는 정현파(sine wave)가 발생된다. 그리고, 상기 정현파의 신호는 변압기(100)의 2차측에 형성되어 있는 7번핀 및 6번핀과 결합하여 변압기(100)의 2차측에 권수비(turn-ratio)대로 변성된 정현파를 유기시킨다. 상기 변압기(100)의 2차측 발생신호는 다시 1차측의 1번∼5번핀과 결합하여 1차측의 1번∼5번핀에도 동일 주파수의 정현파가 유기되도록 한다. 또한, 상기 정현파 신호는 NPN형 트랜지스터 Q1과 Q2의 베이스 단자(B)에 입력되어 각각의 트랜지스터 Q1 및 Q2는 최초 1차측의 2번∼4번핀에서 유기된 신호의 주파수와 동기되어 교차로 동작하며 2차측의 부하에 전력을 전달한다.
이때, 상기 2차측의 부하로 전달되는 전력의 양을 제어하는 방법은 크게 두 가지가 있는데, 먼저 첫 번째 방법은 상기 변압기(100)의 1차측에 형성되어 있는 2번핀에 입력되는 전압을 크기는 조정하는 것이다. 즉, 입력전원은 변압기(100)의상기 2번핀에 연결되어 있는데, 이러한 입력전압의 변화는 3번∼4번핀간에 발생되는 정현파형의 크기를 변화시키고, 이에 따라 2차측의 발생전압을 변화시킴으로써 결과적으로 부하로 전달되는 전력의 양을 조절하게 되는 것이다.
한편, 상기 2차측의 부하로 전달되는 전력의 양을 제어하는 두 번째 방법은 트랜지스터 Q1 및 Q2의 출력 전류를 제어하는 것이다. 즉, 트랜지스터 Q1 및 Q2의 베이스 단자(B)로 유입되는 전류의 양을 조절하여 트랜지스터 Q1과 Q2의 컬렉터 단자로 출력되는 전류를 제어하는 방법이다. 이러한 방법은 트랜지스터 Q1 및 Q2의 베이스 단자와 연결된 저항값의 변화시키거나 베이스 단자에 별도의 전압조정을 위한 장치를 부가함으로써 실현할 수 있다.
상기한 로이어 컨버터는 간단한 회로로 안정적인 교류 전압을 얻을 수 있으며, 조광장치를 간단하게 구현할 수 있는 장점을 가지고 있는 반면에 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 변압기(100)의 1차측에 5개의 입력핀(1번핀∼5번핀)을 구비하여야 하므로 변압기의 구조가 복잡해지고, 변압기(100)의 1차측과 2차측간에서 이루어지는 두 번의 변성과정으로 인해 효율이 저하되는 단점이 있다. 또한, 트랜지스터 Q1 및 Q2의 컬렉터 단자에 플럭스 임밸런스에 의한 변압기 코어 포화위험이 있고 고주파화에 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 회로 구성을 보다 간략화할 수 있는 엘씨디 모니터의 램프용 인버터를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 효율 저하를 방지할 수 있는 엘씨디 모니터의 램프용 인버터를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 변압기 코어 포화위험을 제거하고, 고주파화의 한계성을 극복할 수 있는 엘씨디 모니터의 램프용 인버터를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 고휘도 엘씨디 모니터의 백라이트용 평면 램프 및 광고용 냉음극 평면 램프 구동을 위한 인버터 회로에 있어서: 1차측과 2차측이 각각 1권선으로 이루어져 있으며, 상기 1차측에는 전원부가 연결되어 있고 2차측에는 부하부가 연결되어 있는 포워드 방식의 변압부와; 상기 변압부로 공급되는 전력량을 제어하는 트랜지스터부와; 상기 트랜지스터부의 게이트 단자에 연결되어 상기 트랜지스터에 게이트 시그날을 입력하는 스위칭 회로부와; 상기 트랜지스터부의 드레인 및 소오스 단자 사이에 형성된 캐패시터(C1)와 상기 변압부의 1차측 인덕턴스에 의한 전압 공진에 의해 잔류 자속밀도의 상승을 억제하여 변압부를 리셋상태로 초기화시키고, 상기 부하부에 정현파를 공급하기 위한 공진회로부를 구비함을 특징으로 하는 엘씨디 모니터의 램프 구동을 위한 인버터 회로를 제공한다.
도 1은 종래 방법에 따른 엘씨디 모니터의 백라이트용 램프 구동을 위한 인버터 회로를 나타낸다.
도 2는 고휘도 엘씨디 모니터의 백라이트용 평면 램프 또는 광고용 냉음극 평면 램프를 구동하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 인버터 회로를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 인버터 회로를 설명하기 위한, 잔류 자속밀도의 증가현상을 나타내는 히스테리시스 곡선이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 엘씨디 모니터의 백라이트 램프 구동시의 전압 및 전류의 출력 파형을 나타낸다.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명>
200: 인버터 회로202: 변압부
204: 전원부 206: 스위칭 회로부
208: 부하
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 고휘도 엘씨디 모니터의 백라이트용 평면 램프 또는 광고용 냉음극평면 램프를 구동하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 인버터 회로(200)를 나타낸다.
먼저, 상기 인버터 회로(200)의 구성을 살펴보면, 1차측과 2차측이 각각 1권선으로 이루어진 포워드 방식의 변압기(202)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 변압기(202)의 1차측은 전원부(204)와 연결되어 있으며, N채널 트랜지스터 Q1에 의해 변압기(202)로 입력되는 전력의 양이 제어되도록 구성되어 있다. 상기 변압기(202)의 2차측에는 부하(208)가 형성되어 있으며, 상기 부하(208)측에 정현파를 공급하기 위한 공진회로가 형성되어 있다. 일반적으로, 공진회로는 코일과 캐패시터로 이루어져 특정 주파수에 이르면 공진 현상을 일으키는 회로로서, 본 발명에서는 상기 트랜지스터 Q1의 드레인(D) 및 소오스(S) 단자 사이에 형성되어 있는 캐패시터(C1)와 변압기(202) 1차측의 코일이 이러한 공진회로의 역할을 수행하고 있다. 그리고, 상기 트랜지스터 Q1의 게이트 단자(G)에는 스위칭 회로(206)가 연결되어 있다.
상기 스위칭 회로(206)는 트랜지스터 Q1의 게이트 신호를 입력해 주는 장치로서, 최대 듀티 50%의 펄스를 발생시켜주며 부하전류의 양에 따라 듀티비가 조절될 수 있다. 상기 트랜지스터 Q1이 턴온되면 변압기(202) 코어의 자속이 상승하게 되고, 반대로 턴오프되면 C1과 변압기(202) 1차측의 인덕턴스에 의해 전압 공진이 일어나게 된다. 그리고, 이러한 전압 공진에 의해 변압기 코어의 자속은 더 이상 상승하지 않게 되어 자연스럽게 초기의 리셋상태로 되돌아가게 된다. 이처럼 변압기를 초기화 상태로 리셋(reset)하는 이유는 잔류 자속밀도의 상승을 억제하여 인버터 회로를 보호하기 위한 것이다. 보다 상세히 설명하면, 만약 상기 인버터회로(200)에 있어서, 캐패시터 C1이 없는 상태로 트랜지스터 Q1의 온/오프가 반복될 경우 도 3에 도시되어 있는 히스테리시스 곡선에서와 같이, 잔류 자속밀도가 B1에서 B2를 거쳐 최종 BM에 이르도록 점점 상승하게 된다. 이처럼 잔류 자속밀도가 점차 상승할 경우 코어의 최대 자속밀도를 초과하여 코어가 포화상태에 놓이게 된다. 이처럼 코어가 포화상태에 이르면 변압기에 과도한 여자 전류(excitation current:자계를 발생시키기 위한 전류)가 유입되는 동시에 변압기(202) 및 트랜지스터 Q1이 손상되어 결과적으로 인버터 회로가 파괴되는 결과를 초래하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 잔류 자속밀도의 상승을 억제하기 위하여 캐패시터 C1과 변압기 1차측 인덕턴스에 의한 전압 공진에 의해 변압기(202)가 리셋되도록 하고 있다. 그리고, 상기 캐패시터 C1과 변압기(202) 1차측의 코일로 이루어진 공진 회로를 구현함에 의해, 엘씨디 모니터의 백라이트 램프 구동시 상기 부하(208)측에서 출력되는 전압 및 전류 파형은 각각 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있는 것과 같이 정현파형으로 출력되어진다. 그리고, 상기와 같은 정현파형의 부하전류는 직류전압으로 변환되어 스위칭 회로(106)의 듀티비를 결정하게 되며, 듀티비의 감소에 따라 부하전류가 감소하게 된다. 한편, 조광장치는 스위칭 회로에 별도의 외란 신호를 가함으로써 가능해진다.
상기와 같은 인버터 회로가 적용된 엘씨디 백라이트용 평면 램프의 운전전압 및 관전류는 2000[kVrms] 및 24[mArms]이상으로서, 종래의 엘씨디 백라이트용 평면 램프의 운전전압(600[Vrms]) 및 관전류(8[mArms])와 비교하여 볼때 매우 우수한 운전전압 및 관전류 특성을 가짐을 알 수 있다. 또한, 실제 본 발명에 따른 상기 인버터 회로(200)를 35와트의 엘씨디 백라이트 램프부하에 적용할 경우 전부하 구동시 약 80%의 고효율이 측정되는 결과를 얻을 수 있다.
상기와 같은 인버터 회로가 적용된 램프는 면이 발광하는 방식으로서 도광판이 불필요하며, 사이드 영역에 램프가 위치하여 도광판을 통해 면으로 빛이 조사되는 종래의 백라이트 방식에 비하여 밝기 또한 상당히 개선되는 장점이 있다. 따라서, 상기와 같은 인버터 회로는 엘씨디 백라이트용에 적용하는 경우에는 고휘도 모니터, 티브이(TV) 또는 옥외용 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 그리고, 조명 및 광고용에 있어서도 종래의 조명용 형광등인 열음극 형광등에 비하여 본 발명에 따른 인버터 회로가 적용되는 냉음극 평면램프의 수명이 우수하므로 큰 대체효과를 기대할 수 있다.
상기한 본 발명은 도면에 따라 설명되고 예를들어 한정되었지만 사안에 따라 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 분야에 통상의 지식을 가진자들에게 있어서는 여러 가지 변화와 변경이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 1차측과 2차측이 각각 1권선으로만 구성된 포워드 방식의 변압기를 적용함으로써, 전체 인버터 회로의 구조가 간략해지고 효율 저하를 방지할 수 있으며, 제조 원가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 캐패시터 C1과 변압기 1차측 인덕턴스에 의한 전압 공진에 의해 잔류 자속밀도가 상승하는 것을 방지하고 변압기를 리셋함으로써, 변압기 코어의 포화를 방지하고 고주파화의 한계를 극복할 수 있다.

Claims (3)

  1. 엘씨디 모니터의 백라이트용 램프 구동을 위한 인버터 회로에 있어서:
    1차측과 2차측이 각각 1권선으로 이루어져 있으며, 상기 1차측에는 전원부가 연결되어 있고 2차측에는 부하부가 연결되어 있는 포워드 방식의 변압부와;
    상기 변압부로 공급되는 전력량을 제어하는 트랜지스터부와;
    상기 트랜지스터부의 게이트 단자에 연결되어 상기 트랜지스터에 게이트 시그날을 입력하는 스위칭 회로부와;
    상기 트랜지스터부의 드레인 및 소오스 단자 사이에 형성된 캐패시터(C1)와 상기 변압부의 1차측 인덕턴스에 의한 전압 공진에 의해 잔류 자속밀도의 상승을 억제하여 변압부를 리셋상태로 초기화시키고, 상기 부하부에 정현파를 공급하기 위한 공진회로부를 구비함을 특징으로 하는 엘씨디 모니터의 램프 구동을 위한 인버터 회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스위칭 회로부는 부하전류의 양에 따라 듀티비가 조절됨을 특징으로 하는 인버터 회로.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 스위칭 회로에 별도의 외란 신호를 가함으로써 조광장치를 구현함을 특징으로 하는 인버터 회로.
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