KR20040073533A - 하나 이상의 램프를 동작시키기 위한 회로 장치 - Google Patents

하나 이상의 램프를 동작시키기 위한 회로 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정 디스플레이를 위한 배경 조명 시스템, 특히, 하나 이상의 방전 램프의 동작을 위한 전자 회로에 관련한다. DC/AC 완전-브리지 인버터 회로는 두 전압을 생성하고, 그 AC 성분은 180°만큼 위상 이동된다. 방전 램프는 이들 두 AC 전압의 합을 공급받는다.

Description

하나 이상의 램프를 동작시키기 위한 회로 장치{Circuit arrangement for operation of one or more lamps}
하나 이상의 저압 가스 방전 램프를 동작시키기 위한 이런 회로 장치는 DE 44 36 463 A1로부터 공지되어 있다. 이는 특히 그 동작 전압이 컨버터에 의해 생성된 AC 전압을 초과하는 소형 저압 가스 방전 램프의 동작에 적합하며, 소형 인(phosphor) 램프의 동작을 위해 적합하다. 이들 회로 장치에서, 공진 단차상승(resonance step-up) 원리는 저압 가스 방전 램프를 위한 점등 전압 소요를 생성할 뿐만 아니라, 램프의 동작 전압을 공급하기 위해 사용된다. 이는 동작 전압에서의 반응성 전력 플럭스를 의미한다.
또한, US 6,181,079 B1에 기술된 바와 같은 변압기를 사용함으로써 고전압이 생성될 수도 있다. 이런 변압기는 불편하고 무겁다.
본 발명은 전류 컨버터 및 전류 컨버터를 위한 구동 디바이스를 포함하는 하나 이상의 저압 가스 방전 램프를 동작시키기 위한 회로 배열에 관련한다.
도 1은 DC 전류를 AC 전류로 변환하고, 하나 이상의 저압 가스 방전 램프에 공급하기 위한 회로 장치를 도시하는 도면.
도 2는 방형 신호 파형을 가지는 타이밍도.
도 3은 사인 곡선을 가지는 타이밍도.
도 4는 180°위상 이동된 두 개의 사인 곡선을 가지는 타이밍도.
도 5는 DC 전류를 AC 전류로 변환하고, 하나 이상의 저압 가스 방전 램프에 공급하기 위한 제 2 회로 장치를 도시하는 도면.
도 6은 DC 전류를 AC 전류로 변환하고, 하나 이상의 저압 가스 방전 램프에 공급하기 위한 제 3 회로 장치를 도시하는 도면.
도 7은 DC 전류를 AC 전류로 변환하고, 하나 이상의 저압 가스 방전 램프에 공급하기 위한 제 4 회로 장치를 도시하는 도면.
도 8은 주파수에 대해 그려진 전압 비율을 가지는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 회로 장치 2 : 완전-브리지 인버터
3 : 전압 소스 4 : 저역 통과 필터
5 : 저역 통과 필터 6 : 램프 스위칭 회로
7 : 저역 통과 필터 8 : 저역 통과 필터
9 : 램프 스위칭 회로 10 : 전기 도전선
11 : 전기 도전선 12 : 전기 도전선
13 : 제어 회로 14 : 인버터
15 : 인버터 16 : 전력 스위치
17 : 전력 스위치 18 : 전력 스위치
19 : 전력 스위치 20 : 직렬 코일
21 : 직렬 코일 22 : 커패시터
23 : 커패시터 24 : 램프
25 : 노드 26 : 노드
31 : 방형 신호 파형 32 : 시누소이달 기본파
33 : 제 2 시누소이달 기본파 34 : 전압 크기
41 : 제 2 회로 장치 42 : 저역 통과 필터
43 : 저역 통과 필터 51 : 제 3 회로 장치
52 : 램프 스위칭 회로 53 : 램프 스위칭 회로
54 : 커패시터 55 : 코일
56 : 커패시터 61 : 제 4 회로 장치
62 : 커패시터 63 : 커패시터
71 : 시동 주파수 72 : 점등 주파수
73 : 동작 주파수
따라서, 본 발명의 목적은 이런 램프를 점등 및 동작시키기 위한 단순한 회로 장치에 관련한다. 특히, 회로 장치는 전압 소스로부터 액정 디스플레이의 배경조명에 복수의 저압 가스 방전 램프를 제공하는 것에 관련한다.
이 목적은 청구항 1의 특징적 특성에 따라 달성된다. 본 발명에 따라서, 제 2 전류 컨버터가 180°만큼 이동된 전압을 생성한다.
또한, 짧게 LCD라 지칭되는 액정 디스플레이가 최근 액정 화상 스크린으로서도 사용된다. 액정 화상 스크린은 패시브 디스플레이 시스템, 즉, 이들은 자체로 발광하지 않는다. 이들 화상 스크린은 빛이 액정층을 통과하거나 통과하지 않는 원리에 기초한다. 이는 화상을 생성하기 위해 외부 광원이 필요하다는 것을 의미한다. 이 목적을 위해, 인공적 광이 배경 조명 시스템에서 생성된다. 액정 화상 스크린의 크기 증가와 함께, 또한, 이런 화상 스크린의 배경 조명 시스템을 위한 성능 레벨이 증가한다. 이들 배경 조명 시스템을 위해서는 작은 직경의 램프가 적합하다. 조명 장치의 다른 저압 가스 방전 램프에 비해, 액정 화상 스크린의 배경 조명 시스템의 저압 가스 방전 램프는 2mm 내지 3.5mm 보다 작은 내경을 가지며, 따라서, 램프 전압이 4 내지 8배 높다. EP 1 23 021 A1로부터 알려진 바와 같은 세라라이트(Ceralight) 램프 같은 LCD용 박형 램프는 300 내지 400 볼트에서 동작하며, 하기의 소위 냉음극 형광등, 또는, 약어로 CCFL의 냉음극 램프는 600 내지 800 볼트 동작 전압으로 동작한다. 이들 램프를 시동하기 위한 점등 전압은 2의 인자 만큼 보다 높다. 박형 저압 가스 방전등의 이들 높은 점등 및 동작 전압은 변압기 없이 생성되며, 저압 가스 방전 램프는 2개 직렬 접속 AC 전압에 의해 전력 공급된다. 2개 AC 전압이 180°위상차를 갖기 때문에, 2개 AC 전압이 저압 가스 방전 램프에 인가된다. 부가적으로, 이들 AC 전압은 공진 회로의 중간 반응성 전력 플럭스로 생성된다. 이를 위해, 회로 장치는 낮은 전력 손실을 가지고, 따라서, 액정 화상 스크린의 폐쇄형 수납체에 보다 적은 열 부하를 갖는다.
회로 장치는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하고, 램프당 두 개의 공진 회로와 전류 컨버터로서 전력 스위치의 완전-브리지 스위칭 회로를 사용하는 하나 또는 다수의 램프에 공급하며, 공진 회로 각각은 하나의 직렬 접속 코일, 하나의 직렬 접속 커패시터 및 하나의 병렬 접속 커패시터를 포함한다. 이 회로 장치는 램프당 하나의 공진회로 및 하나의 완전-브리지 전류 컨버터를 포함한다. 이는 소정 수의 램프가 단일 전류 컨버터로 동작될 수 있게 한다. 따라서, 이 컨버터는 스케일형이다. 완전-브리지 컨버터의 장점은 변압기를 사용하지 않고, 절반-브리지 컨버터에 비해 배가된 출력 전압을 생성한다는 것이다. 2개 절반 브리지는 180°위상차로 동작한다. 정상 동작시의 전력 플럭스 및 램프의 점등은 스위칭 주파수에 의해 제어된다. 그후, 공진 회로의 입력 임피던스는 완전-브리지 컨버터의 전력 반도체가 항상 최소의 스위칭 손실로 동작하게 하도록 항상 저항 유도성(ohmic inductive)이다. 이 구성은 병렬 커패시터의 보다 낮은 전력 부하의 장점을 갖는다.
공진 회로는 3개의 추가 회로 장치로 부가적으로 구성된다. 제 2 회로 장치는 DC 전류를 AC 전류로 변환하고, 램프당 2개의 공진 회로, 2개 직렬 접속 커패시터 및 저류 컨버터로서 전력 스위치의 완전-브리지 회로를 사용하는 하나 이상의 램프에 공급하며, 공진 회로 각각은 직렬 접속 코일 및 병렬 접속 커패시터를 포함한다.
제 3 회로 장치는 DC 전류를 AC 전류로 변환하고, 램프 당 1개 공진 회로 및전류 컨버터로서 전력 스위치를 포함하는 완전-브리지 스위칭 회로를 사용하는 하나 이상의 램프에 공급하며, 공진 회로는 1개 직렬 접속 코일, 1개 직렬 접속 커패시터 및 1개 병렬 접속 커패시터를 포함한다.
제 4 회로 장치는 DC 전류를 AC 전류로 변환하고, 램프당 1개 공진 회로, 2개 직렬 접속 커패시터 및 전류 컨버터로서 전력 스위치를 가지는 완전-브리지 스위칭 회로를 사용하는 하나 이상의 램프에 공급하며, 공진 회로는 1개 직렬 접속 코일 및 1개 병렬 접속 커패시터를 포함한다.
병렬 접속 커패시터는 램프와 금속부 사이, 따라서, 램프 전극과 디스플레이, 예로서, 반사체의 전기 도전성 부분 사이의 기생 용량에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 것이 적합하다.
본 발명의 보다 양호한 이해를 위해, 실시예가 도면을 참조로 추가로 후술된다.
도 1은 완전-브리지 스위칭 회로(2), 전압 소스(3), 2개 저전력 필터(4, 5), 제 1 램프 스위칭 회로(6), 2개 추가 저역 통과 필터(7, 8) 및 제 2 램프 스위칭 회로(9)를 포함하는 전자 회로 장치(1)를 도시한다. 전기 도전선(10, 11, 12)은 추가 램프 스위칭 회로(미도시)에 인도된다. 하기에서 완전-브리지 인버터라고도 지칭되는 완전-브리지 스위칭 회로(2)는 제어 회로(13) 및 2개 전류 컨버터(14, 15)를 포함한다. 이하, 인버터라고도 지칭되는 전류 컨버터(14)는 2개 전력 스위치(16, 17)를 포함하고, 제 2 인버터(15)는 또한 2개 전력 스위치(18, 19)를 포함한다. 또한 MOSFET인 IGBT(통합 게이트 바이폴라 트랜지스터), 바이폴라 트랜지스터 같은 전력 반도체가 전력 스위치로서 사용된다. 제 1 램프 스위칭 회로(6)는 2개 직렬 접속 코일(20, 21), 2개 병렬 접속 커패시터(22, 23) 및 1개 저전압가스 방전 램프(24)를 포함한다. 제 2 램프 회로는 콤포넌트(20 내지 24)와 유사한 구조를 갖는다. 제어 회로(13)는 전력 도전체(16, 17)가 푸시-풀 모드로 개방 및 폐쇄되도록 제 1 인버터(14)를 제어한다. 방형 신호 파형은 전력 반도체(16, 17) 사이의 노드에 전개된다. 제어 회로(13)는 전력 반도체(18, 19)가 또한 푸시-풀 모드로 개방 및 폐쇄되도록 제 2 인버터(15)를 제어한다. 또한, 방형 신호 파형은 전력 반도체(18, 19) 사이의 노드(26)에 전개된다. 두 인버터(14, 15)는 반대 위상으로 동작하며, 그래서, 두 방형 신호 파형은 180° 이동되어 전개한다. 저역 통과 필터(4, 5, 7 및 8)는 고주파수 성분을 필터링해내고, 그래서, 180°만큼 위상 이동된 2개 시누소이달 신호가 램프(24)에 도달한다. 제 1 공진 회로(20, 22)로부터의 직렬 접속 코일(20) 및 병렬 접속 커패시터(22), 제 2 공진 회로(21, 23)로부터의 코일 및 커패시터(23)가 두 노드(25, 26) 사이에서 직렬로 접속된다. 커패시터(22, 23)는 램프(24)에 병렬로 접속되며, DC 전압 소스(3)의 음극에 접속된다. 절반 램프 전압이 커패시터(22, 23)를 각각 경유하여 인가된다.
도 2는 노드(25)에서 발생하는 방형 신호 파형(31)을 도시한다. 노드(26)에서 유사한 신호 파형이 발생한다. 두 개의 방형 신호 파형은 180°만큼 위상 이동된다.
도 3은 저역 통과 필터(4)에 의해 평활화된 결과로서 전개되는 시누소이달 신호 파형(32)을 도시한다.
도 4는 저역 통과 필터(5)에 의해 필터링된 180°만큼 이동된 사인 곡선(32) 및 제 2 사인 곡선(33)을 도시한다. 이 방식으로, 전압 공급원(3)의 값에 대응하는최대 전압 크기(34)가 램프(24)에서 발생한다.
도 5는 완전-브리지 인버터(2) 및 램프 스위칭 회로(6, 9)를 포함하는 제 2 회로 장치(41)를 도시한다. 2개 저역 통과 필터(42, 43)는 모든 램프 회로(6, 9)를 위한 고주파수 성분을 필터링해낸다.
도 6은 완전-브리지 인버터(2), 전압 소스(3) 및 2개 램프 스위칭 회로(52, 53)를 포함하는 제 3 회로 장치(51)를 도시한다. 램프 회로(52)의 두 노드(25, 26) 사이에는 저역 통과 필터로서 함R 기능하는 커패시터(54), 코일(55) 및 커패시터(56)와, 커패시터(56)에 병렬인 저압 가스 방전 램프(24)가 연결된다. 코일(55) 및 커패시터(56)는 공진 회로(55, 56)를 형성한다.
코일(55)은 코일(20)의 두 배의 인덕턴스를 가지며, 커패시터(56)는 커패시터(22)의 절반의 용량을 가진다. 커패시터(56)를 가로질러 전압 강하가 존재하며, 이 강하는 램프 전압에 대응한다.
도 7은 모든 램프 회로(52, 53)를 위해 작용하는 2개의 직렬 접속 커패시터(62, 63)를 가지는 전기 회로 장치(61)를 도시한다.
도 8은 전압이 주파수에 대하여 그려져 있는 도면을 도시한다. 공진 회로의 이 AC 전력 이득 함수가 스위칭 주파수의 함수로서 도시되어 있다. 저압 가스 방전 램프를 점등하기 위해, 완전-브리지가 시작 주파수(71)에서 시작하고, 점등 주파수(72)에서 램프가 점등할 때까지 스위칭 주파수를 감소시키며, 스위칭 주파수를 추가로 동작 주파수(73)로 감소시킨다.

Claims (7)

  1. 전류 컨버터(14) 및 상기 전류 컨버터(14)를 위한 구동 디바이스(13)를 포함하는, 하나 이상의 저압 가스 방전 램프(24)를 동작시키기 위한 회로 장치(1, 41, 51, 61)에 있어서,
    제 2 전류 컨버터(15)가 180°만큼 위상 이동된 전압(32, 33)을 생성하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  2. 전류 컨버터(14, 15)로서의 전력 스위치(16, 17, 18, 19)를 가지는 완전-브리지 스위칭 회로(2)와 램프(24)당 두 개의 공진 회로(4, 5, 20, 21, 22, 23)를 사용하는, DC 전류를 AC 전류로 변환하여 하나 이상의 저압 가스 방전 램프(24)에 공급하기 위한 회로 장치(1)로서, 상기 공진 회로(4, 5, 20, 21, 22, 23) 각각은 직렬 접속 코일(20, 21), 하나의 직렬 접속 커패시터(4, 5) 및 하나의 병렬 접속 커패시터(22, 23)를 구비하는 회로 장치.
  3. 전류 컨버터(14, 15)로서의 전력 스위치(16, 17, 18, 19)를 포함하는 완전-브리지 스위칭 회로(2)와, 두 개의 직렬 접속 커패시터(42, 43) 및 램프(24)당 두 개의 공진 회로(20, 21, 22, 23)를 사용하는, DC 전류를 AC 전류로 변환하여 하나 이상의 저압 가스 방전 램프(24)에 공급하기 위한 회로 장치(41)로서, 상기 공진 회로(20, 21, 22 또는 23) 각각은 하나의 직렬 접속 코일(20, 21) 및 하나의 병렬접속 커패시터(22, 23)를 구비하는 회로 장치.
  4. 전류 컨버터(14, 15)로서의 전력 스위치(16, 17, 18, 19)를 가지는 완전-브리지 스위칭 회로(2)와 램프(24)당 하나의 공진 회로(54, 55, 56)를 사용하는, DC 전류를 AC 전류로 변환하여 하나 이상의 저압 가스 방전 램프(24)에 공급하기 위한 회로 장치(51)로서, 상기 공진 회로는 하나의 직렬 접속 코일(55), 하나의 직렬 접속 커패시터(54) 및 하나의 병렬 접속 커패시터(56)를 포함하는 회로 장치.
  5. 전류 컨버터(14, 15)로서의 전력 스위치(16, 17, 18, 19)를 가지는 완전-브리지 스위칭 회로(2)와 두 개의 직렬 접속 커패시터(62, 63) 및 램프(24)당 하나의 공진 회로(55, 56)를 사용하는, DC 전류를 AC 전류로 변환하여 하나 이상의 저압 가스 방전 램프(24)에 공급하기 위한 회로 장치(61)로서, 상기 공진 회로(55, 56)는 직렬 접속 코일(55) 및 병렬 접속 커패시터(56)를 포함하는 회로 장치.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 병렬 접속 커패시터(22, 23, 56)는 적어도 부분적으로 상기 램프(24)와 금속 부분 사이의 기생 용량에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 회로 장치(1, 41, 51, 61)를 포함하는, 컴퓨터의 또는 텔레비전 세트의 비디오 신호를 그 위에 표시할 수 있는액정 디스플레이.
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