KR20030095621A - 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의에너지 제어 회로 및 그 제어 방법 - Google Patents

플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의에너지 제어 회로 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명에 의한 실시예는, 에너지 뱅크에 저장된 에너지를 파워 오프시 강제 방전시키는 강제방전 제어부, 파워 오프(Power off)가 인식되면 스위칭 동작을 통해 강제 방전되는 에너지를 회수하여 정전류 및 정전압을 공급하는 정전류부 및 정전압부, 정전압을 공급받아 에너지 뱅크에서 강제 방전되는 에너지를 시스템의 전원으로 변환하는 전력변환부를 포함한다.
따라서, 본 발명은 파워 오프시 캐패시터 에너지 뱅크의 강제 방전에 의한 에너지를 회수하여 시스템 전원으로 사용함으로써 강제 방전 및 파워 시퀀스를 최적화할 수 있으므로, 부품의 스트레스를 감소시키고 그로 인해 오동작 위험이 감소되므로 시스템의 신뢰도가 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 적은 용량의 부품의 사용이 가능해짐으로써 스위치모드 파워 서플라이의 부품 밀집도 및 소형 경량화가 가능해질 수 있는 효과를 제공하여 준다.

Description

플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로 및 그 제어 방법{Circuit for energy controlling of switched mode power supply for plasma display panel and method thereof}
본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지제어 회로 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강제 방전에 의한 에너지를 회수할 수 있고, 그로 인해 부품 사용상 여러 이점을 도모할 수 있는 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
플라즈마 디스플레이 패널은 고전압, 고전류 구동에 의해 디스플레이 되는 시스템이다. 따라서, 플라즈마 디스플레이 패널의 디스플레이를 위해 공급되는 큰 피크 전류(Peak current)를 위해 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이(Switched-Mode Power Supply, SMPS)는 용량이 매우 큰 커패시터 에너지 뱅크(capacitor energy bank)를 각 출력단에 실장해야 한다.
이러한 높은 용량의 커패시터는 플라즈마 디스플레이 패널의 턴 오프시 무부하 특성을 보이는 플라즈마 디스플레이 시스템의 특성으로 인해 방전의 경로가 없어지므로 동작 운영자의 감전 위험성 및 시스템을 제어하는 로직 전원(일반적으로 5V, 3.3V)에 비해 출력 홀드-업(hold-up) 시간이 커지므로 시스템 오동작 및 신뢰도를 떨어지게 한다.
도 1은 플라즈마 디스플레이 패널의 스위치모드 파워 서플라이의 일부 구성이 도시된 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 디스플레이 패널의 스위치모드 파워 서플라이는 펄스폭변조(PWM) 제어회로(1)의 신호에 의해 에너지 변환 동작을 수행하기 위해 고용량의 캐패시터 에너지 뱅크(capacitor energy bank)(3)가 설계되어 있고, 이러한 캐패시터 에너지 뱅크(3)의 원활한 방전을 위해 강제방전 회로(Activedischarge circuit)(5)가 실장된다.
강제방전 회로(5)는 플라즈마 디스플레이 패널 시스템의 파워 오프시 방전 저항(Rd)과 전계효과 트랜지스터(Q2)를 이용하여 캐패시터 에너지 뱅크의 에너지를 소모시킨다. 즉, 강제방전 회로(5)는 낮은 방전 저항(Rd)으로 매우 큰 전류를 흐르게 함으로써 에너지를 소모하여 캐피시터 내 저장되어 있는 에너지를 방전시킨다.
강제방전 회로(5)는 강제 방전이 이루어지는 순간 방전 시간을 줄이기 위해 낮은 방전 저항(Rd)을 이용하므로, 그로 인해 방전 저항(Rd)에서 소모되는 에너지는 매우 커져서 높은 와트수(Wattage)의 저항 및 고전류 전계효과 트랜지스터를 사용해야 한다.
캐패시터 에너지 뱅크(3)는 유지방전을 위한 출력 전압, Vs(Output for sustain)의 피크 전류가 매우 크기 때문에 이를 위해 고용량의 캐패시터를 이용하여 출력단에 설계된다.
이러한 캐패시터 에너지 뱅크(3)는 많은 에너지를 저장하여 순간적으로 흐르는 패크 전류를 스위치모드 파워 서플라이가 부담되지 않도록 하는 역할을 수행함으로써 스위치모드 파워 서플라이의 설계가 용이해지고 부품의 스트레스도 줄어들도록 한다.
도 2는 도 1의 일부 구성요소인 강제방전 회로에 의한 파워 시퀀스가 도시된 도면이다.
플라즈마 디스플레이 패널 시스템은 그 특성상 파워 오프가 되면 구동부의스위치들이 동작을 멈추게 되므로, 캐패시터 에너지 뱅크(3)는 자연 방전을 해야 한다. 그런데, 운영자(Operator)는 캐패시터 에너지 뱅크(3)에 잔류한 에너지에 의해 보드 취급이 어려워진다.
또한, 플라즈마 디스플레이 패널 시스템은 그 구성상 모든 제어를 담당하는 로직 보드, 영상 보드의 입력 전압은 3.3 V, 5V로 매우 낮아 파워 오프시 도 2에 도시된 바와 같이 급격히 전압이 떨어지므로, 고전압이 유지된 채 제어신호가 없어져 시스템의 신뢰도가 떨어지게 된다.
위와 같은 문제점들을 보완하기 위해 강제방전 회로(5)가 스위치모드 파워 서플라이에 실장되어 파워 오프시 에너지 뱅크의 잔류 에너지를 방전 저항(Rd)을 통해 그라운드(Ground)로 방전시키도록 한다. 또한, 강제방전 회로(5)는 복잡한 파워 시퀀스 회로를 구성하여 로직 보드 및 영상 보드의 전압이 마지막에 하강하도록 한다.
강제방전이 이루어지는 동안 방전 저항(Rd)에는 Vout/Rd만큼의 전류가 흐르게되는데, 방전 시간을 최소화하기 위해 높은 전력의 낮은 용량 저항을 사용하고 있다.
위에서 살펴본 바와 같이, 저항과 고전류 전계효과 트랜지스터는 각 역할에 비해 스위치모드 파워 서플라이의 인쇄회로기판에 매우 큰 면적을 차지하게 되므로, 스위치모드 파워 서플라이의 부품 밀집도를 떨어지게 하고, 파워 오프시 저항으로 흐르는 큰 전류로 인해 부품의 스트레스(stress)가 증가하며, 오동작에 의한신뢰도 감소와 같은 문제점이 있다.
또한, Vs과 어드레스 방전을 위한 출력 전압, Va(Output for address)와 같은 고전압의 경우 아무리 방전을 빨리하더라도 시스템 시퀀스(Sequence)를 맞추기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 위의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 파워 오프시 캐패시터 에너지 뱅크에서 강제 방전되는 에너지를 회수할 수 있는 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 플라즈마 디스플레이 패널의 스위치모드 파워 서플라이의 일부 구성이 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 일부 구성요소인 강제방전 회로에 의한 파워 시퀀스가 도시된 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예의 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예의 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 방법이 도시된 순서도이다.
도 5는 도 3에서 제안된 회로를 이용한 강제 방전 및 에너지 회수에 따른 파워 시퀀스가 도시된 도면이다.
상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로의 특징은, 스위치모드 파워 서플라이의 출력단에 설치되어 대량의 에너지를 저장한 후 플라즈마 디스플레이 패널을 구동시키기 위한 피크 전류를 공급하는 에너지 뱅크; 상기 에너지 뱅크에 저장된 에너지를 파워 오프시 강제 방전시키는 강제방전 제어부; 파워 오프(Power off)가 인식되면 스위칭 동작을 통해 강제 방전되는 에너지를 회수하여 정전류로 공급하는 정전류부; 상기 정전류부에 의해 정전류가 공급되면, 정전압 동작을 통해 정전압을 공급하는 정전압부; 및 상기 정전압부에서 공급되는 정전압에 의해 에너지 뱅크에서 강제 방전되는 에너지를 시스템의 전원으로 변환하는 전력변환부를 포함한다.
이때, 상기 정전류부는 정전류용 전계효과 트랜지스터( Field-Effect Transistor)를 사용한다. 그리고, 상기 정전압부는 정전압 동작을 수행하는 제너 다이오드(Zener diode), 및 상기 제너 다이오드에 의해 정전압을 상기 전력변환부로 공급하는 커패시터를 사용한다.
상기 전력변환부는 파워 오프 상태에서 상기 정전압부에서 전달되는 정전압보다 낮은 출력전압을 출력시키기 위해 벅 컨버터(Buck converter)를 사용한다.
한편, 본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 방법의 특징은, a) 파워 오프시 플라즈마 디스플레이 패널에 피크 전류를 공급하는 에너지 뱅크에 저장된 에너지를 강제 방전시키는 단계; b) 상기 a) 단계에서 강제 방전 동작이 이루어지는 동안, 스위칭 동작을 강제 방전에 의한 에너지를 회수하여 정전류 및 정전압으로 공급하는 단계; 및 c) 상기 b) 단계에서 정전류 및 정전압을 공급받아 시스템 전원으로 변환하는 단계를 포함하는
이때, 상기 c) 단계에서 에너지 뱅크의 에너지를 회수하여 시스템 전원으로 변환하는 단계는, 전력변환을 통해 스위치모드 파워 서플라이의 출력 전압(Vout)과 비교하여 5Vout을 출력한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예의 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 회로는, 펄스폭 변조 제어 회로(10)의 펄스폭 변조 입력 신호에 의해 플라즈마 디스플레이 패널을 구동시키기 위한 고전압, 고전류를 공급하는 스위치모드 파워 서플라이의 출력단에 설치되어 있는 강제 방전 및 에너지 회수 동작을 수행한다.
본 발명에 따른 실시예의 회로는, 고용량의 커패시터들에 대량의 에너지를 저장한 후 플라즈마 디스플레이 패널을 구동시키기 위한 피크 전류를 공급하는 에너지 뱅크(20), 파워 오프시 에너지 뱅크(20)에 저장되어 있는 에너지를 강제 방전시키는 강제방전 제어회로(30), 파워 오프가 인식되면 온 동작되어 강제 방전되는 에너지를 회수하여 정전류로 공급하는 정전류 FET(Q2), 정전류 FET(Q2)에 의해 정전류가 공급되면 정전압 동작을 수행하는 제너 다이오드(D3), 제너 다이오드(D3)의 정전압 동작을 통해 정전류를 정전압으로 공급하는 커패시터(C1), 및 커패시터(C1)에서 공급되는 정전압에 의해 에너지 뱅크(20)에서 강제 방전되는 에너지를 회수하여 시스템의 전원으로 변환하는 벅 컨버터(40)를 포함한다.
이때, 벅 컨버터(40)는 강압형 컨버터로서 커패시터(C1)에서 공급되는 정전압보다 항상 낮은 범위의 출력전압을 출력하는데, 파워 오프 상태에서도 5Vout을 출력한다.
또한, 정전류 FET(Q2)와 제너 다이오드(D3) 사이에는 다이오드(D2)가 설치되어 있다.
이와 같이 구성되는 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예의 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 방법이 도시된 순서도이다.
도 4에 나타나 있듯이, 먼저 파워 오프시 강제방전 제어회로(30)가 동작되어 에너지 뱅크(20)에 저장된 에너지를 강제 방전시킨다.(S1), 이때, 정전류 FET(Q2)가 온 동작되어 에너지 뱅크(20)에 잔류한 에너지가 정전류로 흐르고, 제너 다이오드(D3)와 커패시터(C1)가 정전압 동작을 수행하여 정전압을 벅 컨버터(40)에 공급한다.(S2)
그러면, 벅 컨버터(40)는 제너 다이오드(D3) 및 커패시터(C1)에 의해 공급되는 정전압을 이용하여 에너지 뱅크(20)에 잔류한 에너지를 회수하여 파워 오프 상태에서도 5Vout을 출력한다.(S3)
이렇게, 벅 컨버터(40)에 의해 회수된 에너지는 플라즈마 디스플레이 패널 시스템의 로직 저원으로 사용하게 되므로, 별도의 파워 시퀀스 회로 없이 플라즈마 디스플레이 패널 시스템의 파워 시퀀스를 구현할 수 있다.
즉, 도 5는 도 3에서 제안된 회로를 이용한 강제 방전 및 에너지 회수에 따른 파워 시퀀스가 도시된 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, T1 구간은 유지방전을 위한 출력전압(Vout, 또는 Vs)의 에너지를 5V용 벅 컨버터(40)로 공급하는 구간이다. T1 구간에 의해, 벅 컨버터(40)의 출력전압( 5Vout)이 Vout보다 항상 폴링(falling) 시작 시간이 늦어짐으로써 플라즈마 디스플레이 패널 시스템의 파워 시퀀스를 따로 구현할 필요가 없음을 알 수 있다.
상기 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의한 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로 및 그 제어 방법은 파워 오프시 캐패시터 에너지 뱅크의 강제 방전에 의한 에너지를 회수하여 시스템 전원으로 사용함으로써 강제 방전 및 파워 시퀀스를 최적화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로 및 그 제어 방법은 강제 방전에 의한 에너지를 회수하여 부품의 스트레스를 감소시키고, 그로 인해 오동작 위험이 감소되므로 시스템의 신뢰도가 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 적은 용량의 부품의 사용이 가능해짐으로써 스위치모드 파워 서플라이의 부품 밀집도 및 소형 경량화가 가능해질 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의한 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로 및 그 제어 방법은 강제 방전에 의한 에너지를 자연 회수하여 시스템의 로직 원으로 사용하므로 별도의 파워 시퀀스 회로없이 플라즈마 디스플레이패널 시스템의 파워 시퀀스를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 스위치모드 파워 서플라이의 출력단에 설치되어 대량의 에너지를 저장한 후 플라즈마 디스플레이 패널을 구동시키기 위한 피크 전류를 공급하는 에너지 뱅크;
    상기 에너지 뱅크에 저장된 에너지를 파워 오프시 강제 방전시키는 강제방전 제어부;
    파워 오프(Power off)가 인식되면 스위칭 동작을 통해 강제 방전되는 에너지를 회수하여 정전류로 공급하는 정전류부;
    상기 정전류부에 의해 정전류가 공급되면, 정전압 동작을 통해 정전압을 공급하는 정전압부; 및
    상기 정전압부에서 공급되는 정전압에 의해 에너지 뱅크에서 강제 방전되는 에너지를 시스템의 전원으로 변환하는 전력변환부
    를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전류부는 정전류용 전계효과 트랜지스터( Field-Effect Transistor)를 사용하는 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전압부는 정전압 동작을 수행하는 제너 다이오드(Zener diode), 및 상기 제너 다이오드에 의해 정전압을 상기 전력변환부로 공급하는 커패시터를 사용하는 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력변환부는 파워 오프 상태에서 상기 정전압부에서 전달되는 정전압보다 낮은 출력전압을 출력시키기 위해 벅 컨버터(Buck converter)를 사용하는 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 회로.
  5. a) 파워 오프시 플라즈마 디스플레이 패널에 피크 전류를 공급하는 에너지 뱅크에 저장된 에너지를 강제 방전시키는 단계;
    b) 상기 a) 단계에서 강제 방전 동작이 이루어지는 동안, 스위칭 동작을 통해 강제 방전에 의한 에너지를 회수하여 정전류 및 정전압으로 공급하는 단계; 및
    c) 상기 b) 단계에서 정전류 및 정전압을 공급받아 시스템 전원으로 변환하는 단계
    를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 c) 단계에서 에너지 뱅크의 에너지를 회수하여 시스템 전원으로 변환하는 단계는, 전력변환을 통해 스위치모드 파워 서플라이의 출력 전압(Vout)과 비교하여 5Vout을 출력하는 플라즈마 디스플레이 패널용 스위치모드 파워 서플라이의 에너지 제어 방법.
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