KR20040058627A - Ｌｃｄ 백라이트 인버터 구동 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주파수 제어와 듀티 제어를 피드포워드와 피드백 제어에 모두 이용하는 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템에 관한 것으로서, 이를 위하여 본 발명은 듀티를 피드포워드 제어하는 동시에 스위칭 주파수를 피드백 제어함으로써 입력 전압 변동에 따른 과도 응답을 상당히 개선시키고, 입력전압의 변동에 대한 동작 주파수의 변화량이 적어 부하의 동작 주파수 내에서 충분히 제어 가능하고, 또한 스위칭 주파수를 피드포워드 제어를 하고 듀티를 피드백 제어함으로써 입력 전압의 변동에 따른 과도 응답을 상당히 개선시키고 입력 전압이 높아질 경우 전력이 전달되는 구간이 약 50% 범위에서 동작하므로 효율이 높아진다.

Description

ＬＣＤ 백라이트 인버터 구동 시스템{System for inverter driving of LCD backlight}
본 발명은 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주파수 제어와 듀티 제어를 피드포워드와 피드백 제어에 모두 이용하는 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, LCD의 광원으로 사용되는 백라이트(back light)는 형광 램프를 이용하여 밝기가 균일한 면광원을 형성하는 구조로 되어 있다. 형광 램프는 소형이면서 고휘도 발광이 가능한 냉음극선관(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL)을 주로 사용한다.
종래 기술에 따른 LCD 백라이트 인버터 구동 장치는 백라이트의 밝기를 균일하게 하기 위해서 CCFL에 흐르는 전류를 일정하게 제어하는 제어장치를 가지고 있다.
LCD 백라이트 인버터 구동 장치의 입력 전압이 변동한다거나 CCFL 부하가 변하는 경우에는 CCFL에 흐르는 전류가 변하여 백라이트의 밝기가 변하게 된다. 따라서 종래의 LCD 백라이트 인버터 구동 장치는 입력 전압과 CCFL에 흐르는 전류에 대응하는 전압을 센싱하여 CCFL에 흐르는 전류를 일정하도록 하는 제어신호 공급부를 가지고 있다.
종래 기술에 따른 LCD 백라이트 인버터 구동 장치에서는 제어 신호 공급부의 출력 전압을 사용하여 듀티 제어 방법이나 주파수 제어 방법 중 하나의 방법으로만 CCFL에 흐르는 전류를 일정하도록 제어한다.
위의 듀티 제어 방법에 따른 LCD 백라이트 인버터 구동 장치는 듀티가 너무 작아지거나 커지면 CCFL의 전류 파형이 급격히 변해 CCFL의 밝기가 불안정해지는 문제점이 있고, 그로 인해 많은 고조파가 발생하여 주변 회로에 간섭을 일으킬 뿐만 아니라 CCFL의 수명을 감소시키는 결과를 초래한다.
한편, 주파수 제어 방법에 따른 LCD 백라이트 인버터 구동 장치는 CCFL의 전류의 동작 주파수를 가변하여 제어하는데, 오실레이터에 연결된 가변 저항을 이용해서 오실레이터에 연결된 커패시터에 흐르는 전류를 변하게 하여 CCFL의 전류의 동작 주파수를 가변한다.
이때, 가변 저항에 기준 전압과 CCFL에 연결된 부하에 걸리는 전압을 비교한 전압을 직접 연결하는데, 이에 따라 동작 주파수의 변화폭 범위의 제한이 어렵다는 문제점이 있다.
또한, CCFL이 디밍(dimming)을 할 경우에 최대 주파수가 200KHz까지 올라갈 수 있다. 이 범위의 주파수는 EMI 문제, 스위칭 손실 문제를 야기할 뿐만 아니라 CCFL의 동작 주파수 범위를 벗어나는 문제점이 있다.
무엇보다도, 종래 기술에 따른 LCD 백라이트 인버터 구동 장치는 주파수 제어 또는 듀티 제어만을 사용하여 넓은 입력 전압 및 부하 범위에 대처하기 힘들고, 입력 전압의 변화에 대한 과도 응답도 좋지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 위의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 주파수 제어와 듀티 제어를 피드포워드와 피드백 제어에 모두 이용하여 입력 전압의 변화에 대한 과도 응답을 향상시키고, 입력 전압 및 부하 범위에 용이하게 대처할 수 있는 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템의 구성을 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제2 실시예의 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템의 구성을 도시한 회로도이다.
도 3은 듀티 피드포워드 제어를 위한 LCD 백라이트 인버터 구동 파형을 도시한 것이다.
도 4는 듀티 제어를 위한 LCD 백라이트 인버터 구동 파형을 도시한 것이다.
도 5는 주파수 피드포워드 제어를 위한 LCD 백라이트 인버터 구동 파형을 도시한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템의 제1 특징은, 입력전압이 인가되면 스위칭 소자들이 교번적으로도통되어 전압변환을 통해 LCD 백라이트의 부하에 전원을 제공하는 인버터 회로부; 상기 인버터 회로부에 의해 전압을 공급받아 동작되는 부하에서 감지되는 피드백 전압(VFB)을 입력받아 제어신호를 공급하는 제어신호 공급부; 상기 제어신호 공급부의 출력단에 연결되어 동기신호를 제공하는 오실레이터; 상기 입력전압에 따라 피드포워드 이득(feedforward gain)을 제공하는 피드포워드 이득 제공부; 상기 오실레이터와 피드포워드 이득 제공부로부터 입력되는 신호를 비교하여 비교신호를 출력하는 비교부; 및 상기 비교부의 비교 신호와 오실레이터의 동기신호를 각각 입력받아 상기 입력 전압에 따라 상기 스위칭 소자들의 도통 상태를 결정하고, 상기 피드백 전압에 따라 스위칭 주파수가 조절되도록 펄스 신호를 발생시키는 제어 로직부를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템의 제2 특징은, 입력전압이 인가되면 스위칭 소자들이 교번적으로 도통되어 전압변환을 통해 LCD 백라이트의 부하에 전원을 제공하는 인버터 회로부; 상기 인버터 회로부에 의해 전압을 공급받아 동작되는 부하에서 감지되는 피드백 전압(VFB)을 입력받아 제어신호를 공급하는 제어신호 공급부; 상기 제어신호 공급부의 출력단에 연결되어 동기신호를 제공하는 오실레이터; 상기 입력전압에 따라 피드포워드 이득(feedforward gain)을 제공하는 피드포워드 이득 제공부; 상기 오실레이터와 피드포워드 이득 제공부로부터 입력되는 신호를 비교하여 비교신호를 출력하는 비교부; 및 상기 비교부의 비교 신호와 오실레이터의 동기신호를 각각 입력받고 상기 입력 전압에 따라 스위칭 주파수를 가변하고, 상기 피드백 전압에 따라 상기 스위칭 소자들의 도통 상태가 결정되도록 펄스 신호를 발생시키는 제어 로직부를 포함한다.
위에서, 본 발명에 따른 제1 특징과 제2 특징은, 상기 제어 로직부의 펄스 신호는 상기 스위칭 소자들의 각각에 연결되어 스위칭 소자의 턴 온/턴 오프 동작을 지시하는 드라이버로 전달된다.
그리고 상기 인버터 회로부는 상기 스위칭 소자들의 도통 경로와 연결되는 인덕터, 1차측 커패시터, 트랜스포머, 2차측 커패시터를 포함하는데, 상기 1차측 커패시터와 인덕터는 직렬로 연결되어 공진 탱크를 형성한다.
상기 제어신호 공급부는, 상기 피드백 전압이 저항(R1)을 통해 반전 단자로 입력되고, 피드백을 위한 기준 전압이 비반전 단자로 입력되는 오차 증폭기; 및 상기 오차증폭기의 출력단과 반전 단자에 연결되는 커패시터를 포함한다.
상기 인버터 회로부의 스위칭 소자들은 각 스위칭 소자의 영전압 스위칭을 가능하게 하는 바디 다이오드들이 각각 연결된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
어느 한 실시예에서 언급한 내용 중 다른 실시예에도 적용할 수 있는 내용은 다른 실시예에서 특별히 언급하지 않아도 이를 적용할 수 있는 것은 당업자에게 자명하다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템의 구성을 도시한 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 실시예의 시스템은 인버터 회로부(100), 제어신호 공급부(200), 제어부(300)를 포함한다.
인버터 회로부(100)는 모스펫(MOSFET)으로 구성된 스위칭 소자들(M1, M2, M3, M4), 커패시터(C1), 인덕터(L1), 트랜스포머(120)를 포함하고 있다.
M1, M2 스위칭 소자들은 제1 라인에, M3, M4 스위칭 소자들은 제2 라인에 연결되어 풀 브리지 인버터에서 2개의 도통 경로를 이룬다. 먼저, 첫 번째 도통 경로는 M1과 M4 스위칭 소자가 도통되는 경우이고, 두 번째 도통 경로는 M2와 M3 스위칭 소자가 도통되는 경우이다.
이때, M1과 M2, M3와 M4 스위칭 소자의 게이트 신호는 각각 180도 위상차를 가지고 있어 서로 동시에 도통되는 경우는 존재하지 않는다.
또한, M1, M2, M3, M4 스위칭 소자들은 각각 바디 다이오드(D1, D2, D3, D4)들이 연결되어 있는데, 이 바디 다이오드들은 스위칭 소자의 영전압 스위칭을 가능하게 해준다.
즉, 전압보다 전류의 위상이 느리게 되면 M1 스위칭 소자가 턴 온 되기 전에 음의 전류가 흐르게 되어 바디 다이오드(D1)로 전류가 흐르게 된다. 따라서 M1 스위칭 소자가 턴 온 되기 전에 M1 스위칭 소자의 양단 전압이 동일하게 되므로 턴 온 동작시 영전압 스위칭이 가능해진다. 마찬가지로 M2, M3, M4 스위칭 소자도 바디 다이오드(D2, D2, D3)로 인해 턴 온 동작시 영전압 스위칭이 가능해진다.
제어신호 공급부(200)는 입력전압(Vin)에서 공진탱크(110)를 통해 부하에 전달되는 양인 피드백 전압(VFB)을 반전 단자로, 피드백을 위한 기준전압(VREF)을 비반전 단자로 입력받아 비교 증폭하는 오차증폭기(Error amp)와, 오차증폭기의 출력단과 반전 단자에 연결되는 커패시터(C3)를 포함한다.
제어부(300)는 듀티 제어와 주파수 제어를 피드포워드와 피드백 제어에 모두 이용한다.
동기신호를 발생시키는 오실레이터(310)는 입력단이 제어신호 공급부(200)와 연결되고, 출력단이 제어로직부(340)와 비교부(330)에 연결된다. 피드포워드 이득 제공부(320)는 입력 전압에 따라 변동되는 피드포워드 이득을 비교부(330)로 제공한다.
따라서 비교부(330)는 오실레이터(310)와 피드포워드 이득 제공부(320)에서 입력되는 신호를 비교하여 제어 로직부(340)로 출력한다.
제어 로직부(340)는 입력 전압에 따라 M1과 M4 스위칭 소자의 동시 도통 구간, M2와 M3 스위칭 소자의 동시 도통 구간이 정해지도록 듀티를 제어하고, 피드백 전압에 따라 스위칭 주파수를 조절하여 CCFL의 밝기를 제어하기 위한 펄스신호를 출력한다.
A, B, C, D 드라이버는 제어 로직부(340)의 펄스 신호에 따라 각각에 연결되어 있는 스위칭 소자들을 턴 온 동작시키거나 턴 오프 동작시킨다.
제어 로직부(340)에서 출력되는 첫 번째 펄스 신호는 M1 스위칭 소자를 도통시키고, 피드백 전압과 비교되는 오실레이터 파형이 M4 스위칭 소자를 도통시킨다.한편, 제어 로직부(340)에서 출력되는 두 번째 펄스 신호는 M2 스위칭 소자를, 피드백 신호와 비교되는 오실레이터 파형이 M3 스위칭 소자를 도통시킨다.
위의 두개의 도통 경로는 교차적으로 입력 전압을 공진 탱크(110)에 연결시킨다.
위와 같이 제어 로직부(340)는 정해진 폭의 펄스 신호를 발생시키고, 트랜스포머(120) 이차측에 연결된 CCFL로부터 피드백 저압을 받아 4개의 스위칭 소자의 도통 상태를 결정하는 펄스 신호와 피드백 신호를 제어하게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 제1 실시예의 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따른 제1 실시예는 듀티를 피드포워드 제어를 하고, 주파수를 피드백 제어하는 시스템이다.
따라서 입력전압이 인가되면 제어부(300)는 입력 전압에 따라 M1과 M4, M2와 M3의 동시 도통 구간을 정하고, 입력전압에서 공진탱크(110)를 통해 CCFL에 전달되는 피드백 전압을 입력받아 스위칭 주파수를 조절하여 CCFL의 밝기를 제어한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 제1 실시예는 입력 전압의 변동에 2개의 도통 경로의 구간이 변동되어 오차 증폭기의 출력 값이 거의 변하지 않아 스위칭 주파수의 변동이 작아지게 되고, 그로 인해 피드포워드 제어로 과도 응답이 상당히 개선된다.
한편, 도 2는 본 발명에 따른 제2 실시예의 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템의 구성을 도시한 회로도이다.
도 2에 나타나 있듯이, 본 발명에 따른 제2 실시예의 시스템은 상기한 제1 실시예와 거의 유사한 구성을 갖고 있지만 주파수를 피드포워드 제어하고, 듀티를 피드백 제어하기 위해 제어신호 공급부(210)와 피드포워드 이득 제공부(321)의 위치가 제1 실시예와 달라진다.
즉, 피드포워드 이득 제공부(321)가 오실레이터(311)의 입력단에 연결되고, 제어신호 공급부(210)가 비교부(331)의 일측 입력단에 연결된다.
따라서 본 발명에 따른 제2 실시예의 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템의 동작을 살펴보면, 제어 로직부(341)는 입력 전압에 다라 스위칭 주파수를 가변하고, 전원에서 공진 탱크를 통해 부하에 전달되는 피드백 전압을 입력받아 스위칭 소자들의 도통 구간을 조절한다.
본 발명에 따른 제2 실시예는 입력 전압의 변동에 따라 스위칭 주파수가 가변되어 오차 증폭기의 출력 값이 거의 변하지 않아 스위칭 소자의 도통 구간의 변동이 작아져 과도 응답 특성이 개선된다.
도 3은 듀티 피드포워드 제어를 위한 LCD 백라이트 인버터 구동 파형을 도시한 것이고, 도 4는 듀티 제어를 위한 LCD 백라이트 인버터 구동 파형을 도시한 것이며, 도 5는 주파수 피드포워드 제어를 위한 LCD 백라이트 인버터 구동 파형을 도시한 것이다.
도 3과 도 5에 도시된 신호 파형도를 비교해볼 때, 본 발명에 따른 제1 실시예는 듀티는 고정되고 주파수만을 제어하는 시스템에 비해 입력 전압의 변동에 대한 동작 주파수의 변화량이 적어 CCFL의 동작 주파수 안에서 충분히 제어 가능하다.
한편, 도 4와 도 5에 도시된 신호 파형도를 비교해볼 때, 본 발명에 따른 제2 실시예는 주파수는 고정되고 듀티만을 제어하는 시스템에 비해 입력 전압이 높아질 경우에 전원이 전달되는 구간이 작아져 공진 전류의 피크치가 커져 효율이 떨어지는 단점을 보완하게 되고, 전원이 전달되는 구간이 약 50% 범위에서 동작하므로 효율이 높아질 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 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템은 듀티를 피드포워드 제어하는 동시에 스위칭 주파수를 피드백 제어함으로써 입력 전압 변동에 따른 과도 응답을 상당히 개선시키고, 입력전압의 변동에 대한 동작 주파수의 변화량이 적어 부하의 동작 주파수 내에서 충분히 제어 가능하다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템은 스위칭 주파수를 피드포워드 제어를 하고 듀티를 피드백 제어함으로써 입력 전압의 변동에 따른 과도 응답을 상당히 개선시키고 입력 전압이 높아질 경우 전력이 전달되는 구간이 약50% 범위에서 동작하므로 효율이 높아진다는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 입력전압이 인가되면 스위칭 소자들이 교번적으로 도통되어 전압변환을 통해 LCD 백라이트의 부하에 전원을 제공하는 인버터 회로부;
    상기 인버터 회로부에 의해 전압을 공급받아 동작되는 부하에서 감지되는 피드백 전압(VFB)을 입력받아 제어신호를 공급하는 제어신호 공급부;
    상기 제어신호 공급부의 출력단에 연결되어 동기신호를 제공하는 오실레이터;
    상기 입력전압에 따라 피드포워드 이득(feedforward gain)을 제공하는 피드포워드 이득 제공부;
    상기 오실레이터와 피드포워드 이득 제공부로부터 입력되는 신호를 비교하여 비교신호를 출력하는 비교부; 및
    상기 비교부의 비교 신호와 오실레이터의 동기신호를 각각 입력받아 상기 입력 전압에 따라 상기 스위칭 소자들의 도통 상태를 결정하고, 상기 피드백 전압에 따라 스위칭 주파수가 조절되도록 펄스 신호를 발생시키는 제어 로직부
    를 포함하는 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템.
  2. 입력전압이 인가되면 스위칭 소자들이 교번적으로 도통되어 전압변환을 통해 LCD 백라이트의 부하에 전원을 제공하는 인버터 회로부;
    상기 인버터 회로부에 의해 전압을 공급받아 동작되는 부하에서 감지되는 피드백 전압(VFB)을 입력받아 제어신호를 공급하는 제어신호 공급부;
    상기 제어신호 공급부의 출력단에 연결되어 동기신호를 제공하는 오실레이터;
    상기 입력전압에 따라 피드포워드 이득(feedforward gain)을 제공하는 피드포워드 이득 제공부;
    상기 오실레이터와 피드포워드 이득 제공부로부터 입력되는 신호를 비교하여 비교신호를 출력하는 비교부; 및
    상기 비교부의 비교 신호와 오실레이터의 동기신호를 각각 입력받고 상기 입력 전압에 따라 스위칭 주파수를 가변하고, 상기 피드백 전압에 따라 상기 스위칭 소자들의 도통 상태가 결정되도록 펄스 신호를 발생시키는 제어 로직부
    를 포함하는 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 로직부의 펄스 신호는 상기 스위칭 소자들의 각각에 연결되어 스위칭 소자의 턴 온/턴 오프 동작을 지시하는 드라이버로 전달되는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 인버터 회로부는,
    상기 스위칭 소자들의 도통 경로와 연결되는 인덕터, 1차측 커패시터, 트랜스포머, 2차측 커패시터를 포함하는 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 1차측 커패시터와 인덕터는 직렬로 연결되어 공진 탱크를 형성하는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어신호 공급부는, 상기 피드백 전압이 저항(R1)을 통해 반전 단자로 입력되고, 피드백을 위한 기준 전압이 비반전 단자로 입력되는 오차 증폭기; 및 상기 오차증폭기의 출력단과 반전 단자에 연결되는 커패시터를 포함하는 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 인버터 회로부의 스위칭 소자들은 각 스위칭 소자의 영전압 스위칭을 가능하게 하는 바디 다이오드들이 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 인버터 구동 시스템.
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