KR20050006601A - 에너지 회수회로 및 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구동 효율의 감소 없이 서스테인 펄스의 전압 상승 및 하강을 빠르게 동작 시킬 수 있는 부스터 구동방식을 사용한 에너지 회수회로 및 그 구동방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에너지 회수회로는 외부 캐패시터와, 패널의 방전셀에 등가적으로 형성되는 패널 캐패시터와, 상기 외부 캐패시터와 상기 패널 캐패시터 사이에 접속되는 인덕터와, 상기 외부 캐패시터와 상기 인덕터 일측 사이에 접속되는 제 1 스위치와, 상기 인덕터의 다른측과 상기 기저전압원 사이에 설치되어 상기 외부 캐패시터에 충전된 전압에 의하여 상기 인덕터가 충전될 때 상기 제 1 스위치와 동기되어 턴-온되는 제 2 스위치와, 상기 제 1 및 제 2 스위치가 턴-오프될 때 상기 인덕터에 제 1 역전압이 유기되고, 상기 인덕터의 일측과 상기 기저전압원 사이에 설치되어 상기 인덕터에 유기된 제 1 역전압이 상기 패널 커패시터로 공급될 수 있도록 전류패스를 형성하는 제 1 다이오드를 구비한다.

Description

에너지 회수회로 및 그 구동방법{Energy Recovery Circuit and Driving Method Thereof}
본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, 이하 "PDP"라 함)의 에너지 회수회로에 관한 것으로, 특히 구동 효율의 감소 없이 서스테인 펄스의 전압 상승 및 하강을 빠르게 동작 시킬 수 있는 부스터 구동방식을 사용한 에너지 회수회로 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
PDP의 가장 큰 단점은 소비전력이 크다는 것이다. 즉, 소비전력을 줄이기 위해서는 발광효율을 높이고, 방전에 직접 관련이 없이 구동 과정에서 발생하는 불필요한 에너지 소모를 최소화 해야 한다.
교류형 PDP는 전극을 유전체로 도포하여 유전체 표면에서 일어나는 표면 방전을 이용하고 있다. 이 교류형 PDP에 있어서, 수만에서 수백만개의 셀을 유지 방전시키기 위해 구동 펄스는 수십에서 수백 [V] 정도의 높은 전압을 가지며, 그 주파수는 수백 [㎑] 이상이다. 이러한 구동 펄스가 셀 내에 인가되면, 높은 정전용량의 충/방전이 일어나게 된다.
이렇게 PDP에서 충/방전이 일어나는 경우에 패널의 용량성 부하만으로는 에너지 소모가 없지만, 구동 펄스가 직류전원을 이용하여 발생되기 때문에 PDP에서 많은 에너지 손실이 발생된다. 특히, 방전시 셀 내에서 과도한 전류가 흐르게 되면 에너지 손실이 더 커지게 된다. 이 에너지 손실은 스위치 소자들의 온도 상승을 초래하게 되고, 이 온도 상승에 의해 최악의 경우에는 스위치 소자가 파괴될 수도 있다. 이렇게 패널내에서 불필요하게 발생되는 에너지를 회수하기 위하여 PDP의 구동 회로에는 에너지 회수회로가 포함되고 있다.
도 1은 종래의 에너지 회수회로를 나타낸 회로도이다.
도 1을 참조하면, 'Weber(USP-50811400)'에 의해 제안된 에너지 회수회로는 외부 커패시터(Css)와 인덕터(L) 사이에 병렬 접속된 제 1 및 제 2 스위치(SW1,SW2)와, 패널 커패시터(Cp)에 서스테인 전압(Vs)을 공급하기 위한 제 3 스위치(SW3)와, 페널 커패시터(Cp)에 기저전압(GND)을 공급하기 위한 제 4 스위치(SW4)를 구비한다.
제 1 및 제 2 스위치(SW1,SW2) 사이에는 역전류를 제한하기 위한 제 1 및 제 2 다이오드(D1,D2)가 직렬로 접속된다. 패널 커패시터(Cp)는 패널의 정전용량 값을 등가적으로 나타내며, 도면 부호 Re 및 R_Cp는 패널에 형성된 전극(Re)과 셀의 기생저항을 나타낸 것이다. 스위치들(SW1,SW2,SW3,SW4)은 반도체 스위치 소자가 사용되며 예를 들면, 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET) 소자로 구현된다.
외부 커패시터(Css)에 서스테인 전압(Vs)의 절반 만큼의 전압이 충전되어 있다고 가정하여 도 1에 도시된 에너지 회수회로를 도 2와 결부하여 설명하면 다음과 같다. 도 2는 도 1에 도시된 에너지 회수회로에서 스위치들(SW1,SW2,SW3,SW4)의 동작 타이밍, 패널 커패시터(Cp)의 충/방전 시 전압 및 전류를 나타낸 것이다.
T1 구간에서 제 1 스위치(SW1)가 턴-온(Turn-on) 되고 제 2, 3 및 제 4 스위치들(SW2,SW3,SW4)이 턴-오프(Turn-off)되면 외부 커패시터(Css)에 저장되어 있던전압은 제 1 스위치(SW1)와 제 1 다이오드(D1)을 경유하여 인턱터(L)에 공급된다. 그러면, 인덕터(L)는 패널 커패시터(Cp)와 함께 LC 직렬 공진회로를 구성하게 되므로 패널 커패시터(Cp)는 공진 파형에 의해 전압이 충전되고, 패널 커패시터(Cp)에 충전된 전압은 서스테인 전압(Vs)까지 상승하게 된다. 이때, 인덕터(L)를 흐르는 양(+)의 공진 전류(IL)는 전압이 증가함에 따라 0에서 부터 증가하기 시작하여 일정 값까지 도달한 후 다시 0으로 감소한다.
T2 구간에서 제 1 스위치(SW1)가 턴-오프 되고 제 3 스위치(SW3)가 턴-온 되면, 서스테인 전압(Vs)은 제 3 스위치(SW3)를 경유하여 패널 커패시터(Cp)에 공급된다. 이때, 패널 커패시터(Cp) 일측에 걸리는 전압은 서스테인 전압(Vs)을 유지하게 된다.
T3 구간에서 제 3 스위치(SW3)가 턴-오프 되고 제 2 스위치(SW2)가 턴-온 되면 패널 커패시터(Cp) 양단에 걸리는 전압은 인덕터(L), 제 2 다이오드(D2) 및 제 2 스위치(SW2)를 경유하여 패널 커패시터(Cp)에 에너지가 회수된다. 이때, 패널 커패시터(Cp)의 일측에 걸리는 전압은 서스테인 전압(Vs)에서 0으로 감소된다. 또한, 인덕터(L)를 흐르는 음(-)의 공진전류(IL)는 패널 커패시터(Cp)의 일측에 걸리는 전압이 감소함에 따라 0에서 부터 증가하여 일정 값에 도달한 후 다시 0으로 감소하게 된다.
T4 구간에서 제 2 스위치(SW2)가 턴-오프 되고 제 4 스위치(SW4)가 턴-온 되면 패널 커패시터(Cp)의 전압은 기저전압(GND)까지 떨어지게 된다.
이상과 같이, 종래의 에너지 회수회로에서 패널 커패시터(Cp) 양단의 전압(Vp)은 자연 공진에 의해 충/방전 되기 때문에 충/방전 시간이 길어지는 문제점이 있게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 에너지 회수회로의 LC 공진회로가 아닌 인턱터에 전하를 충전시키는 부스터 방식을 사용하여 서스테인 펄스의 전압 상승 및 하강을 빠르게 동작 시킬 수 있는 에너지 회수회로 및 구동방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 에너지 회수회로를 나타내는 회로도.
도 2는 도 1에 도시된 에너지 회수회로의 구동 파형도.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 회수회로를 나타내는 회로도.
도 4는 도 3에 도시된 에너지 회수회로의 구동 파형도.
도 5는 인덕터 충전 구간에서 도 3에 도시된 에너지 회수회로의 동작 회로도.
도 6은 부스트-업 구간에서 도 3에 도시된 에너지 회수회로의 동작 회로도.
도 7은 서스테인 전압을 유지하는 구간에서 도 3에 도시된 에너지 회수회로의 동작 회로도.
도 8은 인덕터 충전 구간에서 도 3에 도시된 에너지 회수회로의 동작 회로도.
도 9는 부스트-다운 구간에서 도 3에 도시된 에너지 회수회로의 동작 회로도.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 에너지 회수회로는 외부 캐패시터와, 패널의 방전셀에 등가적으로 형성되는 패널 캐패시터와, 상기 외부 캐패시터와 상기 패널 캐패시터 사이에 접속되는 인덕터와, 상기 외부 캐패시터와 상기 인덕터 일측 사이에 접속되는 제 1스위치와, 상기 인덕터의 다른측과 상기 기저전압원 사이에 설치되어 상기 외부 캐패시터에 충전된 전압에 의하여 상기 인덕터가 충전될 때 상기 제 1스위치와 동기되어 턴온되는 제 2스위치와, 상기 제 1 및 제 2스위치가 턴-오프될 때 상기 인덕터에 제 1역전압이 유기되고, 상기 인덕터의 일측과 상기 기저전압원 사이에 설치되어 상기 인덕터에 유기된 제 1역전압이 상기 패널 커패시터로 공급될 수 있도록 전류패스를 형성하는 제 1다이오드를 구비한다.
상기 에너지 회수회로는 서스테인 전압원과, 상기 서스테인 전압원과 상기패널 캐패시터 사이에 설치되어 상기 인덕터에 유기된 제 1역전압에 의하여 상기 패널 커패시터가 충전된 후 턴온되어 상기 서스테인 전압원의 전압을 상기 패널 커패시터로 공급하기 위한 제 3스위치를 추가로 구비한다.
상기 에너지 회수회로는 상기 인덕터의 일측과 상기 외부 커패시터 사이에 설치되고, 상기 외부 커패시터의 전압에 의하여 상기 인덕터가 충전될 때 턴온되는 제 4스위치를 추가로 구비한다.
상기 에너지 회수회로는 상기 인덕터의 일측과 상기 서스테인 전압원 사이에 설치되고 상기 제 3 및 제 4스위치가 턴-오프되어 상기 인덕터에 제 2역전압이 유기될 때 턴온되어 상기 패널 커패시터로부터 상기 인덕터를 경유하여 상기 서스테인 전압원으로 이르는 전류패스를 형성하기 위한 제 2다이오드를 추가로 구비한다.
본 발명에 따른 에너지 회수회로의 구동 방법은 외부 커패시터의 전압에 의하여 인덕터가 충전되는 단계와, 상기 인덕터가 충전된 후 상기 인덕터에 제 1 역전압이 유기되는 단계와, 상기 인덕터에 유기된 제 1 역전압이 자신의 일측과 기저전위 사이에 형성된 제 1 다이오드를 포함하는 제 1 전류패스에 의하여 패널 커패시터를 충전시키는 단계와, 상기 패널 커패시터에 서스테인 전압이 공급되는 단계와, 상기 서스테인 전압이 상기 패널 커패시터로 공급되는 기간 중 일부 기간동안 상기 인덕터가 상기 서스테인 전압에 의하여 충전되는 단계와, 상기 인덕터에 제 2 역전압이 유기되는 단계와, 상기 인덕터에 제 2 역전압이 유기될 때 상기 패널 커패시터에 충전된 전압이 상기 인덕터 및 제 2 다이오드에 의해 형성된 제 2 전류패스에 의하여 방전되는 단계를 포함한다.
상기 에너지 회수회로의 구동 방법은 상기 제 2 다이오드에 의해 제 2 전류패스가 형성된 후 상기 패널 커패시터가 상기 기저전압원에 의해 기저전위로 유지되는 단계를 추가로 포함한다.
상기 목적들 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 회수회로를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 회수회로는 외부 커패시터(Css)와 인덕터(L) 사이에 병렬 접속된 제 1 및 제 2 스위치들(SW1,SW2)과, 패널 커패시터(Cp)에 서스테인 전압(Vs)을 공급하기 위한 제 3 스위치(SW3)와, 페널 커패시터(Cp)에 기저전압(GND)을 공급하기 위한 제 4 스위치(SW4)를 구비한다.
그리고, 본 발명의 에너지 회수회로는 인덕터(L)로부터 패널 커패시터(Cp)로 전압이 공급될 때 전류패스를 형성하기 위한 제 3 다이오드(D3)와, 패널 커패시터(Cp)에 충전된 전압이 방전될 때 인덕터(L)와 함께 전류패스를 형성하기 위한 제 4 다이오드를 구비한다.
제 1 및 제 2 스위치들(SW1,SW2) 사이에는 역전류를 제한하기 위한 제 1 및 제 2 다이오드(D1,D2)가 직렬로 접속된다. 제 3 다이오드(D3)는 인덕터(L)와 기저전압원(GND) 사이에 접속된다. 제 4 다이오드(D4)는 인덕터(L)와 서스테인 전압원(Vs) 사이에 접속된다. 패널 커패시터(Cp)는 패널의 정전용량 값을 등가적으로 나타내며, 도면 부호 Re 및 R_Cp는 패널에 형성된 전극과 셀의 기생저항을 나타낸 것이다. 스위치들(SW1,SW2,SW3,SW4)은 반도체 스위치 소자가 사용되며 예를 들면, MOSFET 소자로 구현된다.
외부 커패시터(Css)에 서스테인 전압(Vs)의 절반 만큼의 전압이 충전되어 있다고 가정하여 도 3에 도시된 에너지 회수회로를 도 4와 결부하여 설명하면 다음과 같다. 도 4는 도 3에 도시된 에너지 회수회로에서 스위치들(SW1,SW2,SW3,SW4)의 동작 타이밍, 충/방전시 패널 커패시터(Cp)에 걸리는 전압(Vp) 및 인덕터(L)에 흐르는 전류(IL)를 나타낸 것이다.
T1 이전 구간은 초기 상태를 나타낸 것으로써, 제 1, 2 및 제 3 스위치들(SW1,SW2,SW3)은 오프되고 제 4 스위치(SW4)가 온 상태로 되어 패널 커패시터(Cp)의 일측에 걸리는 전압(Vp)을 기저전압(GND) 상태로 유지시킨 구간이다.
T1 구간에서 제 4 스위치(SW4)가 온 상태로 유지되고 제 1 스위치(SW1)가 턴-온(Turn-on) 된다. 제 1 스위치(SW1)가 턴-온 되면 도 5에 도시된 바와 같이 외부 커패시터(Css), 제 1 스위치(SW1), 제 1 다이오드(D1), 인덕터(L) 및 제 4 스위치(SW4)를 경유하여 기저전압원(GND)로 이어지는 폐루프가 형성된다. 이때, 외부 커패시터(Css)로부터 전류(전압)이 방전되어 인덕터(L)를 충전시킨다. 따라서, T1 구간동안 인덕터(L)에 소정의 전류(전압)가 충전된다. 여기서, T1 구간은 인덕터(L)에 대략 서스테인 전압(Vs)에 대응하는 전압(전류)이 충전될 때 까지 그 구간이 설정된다.
T2 구간에서 제 1 및 제 4 스위치들(SW1,SW4)이 턴-오프(Turn-off)된다. 제 1 및 제 4 스위치들(SW1,SW4)이 턴-오프 되면 도 6과 같이 인덕터(L)에 역전압이 유기된다. 이때, 제 3 다이오드(D3), 인덕터(L), 패널에 형성된 전극(Re), 패널 커패시터(Cp) 및 기저전압원(GND)으로 이어지는 폐루프가 형성되기 때문에 인덕터(L)에 유기된 역전압은 패널 커패시터(Cp)로 공급된다. 여기서, 패널 커패시터(Cp)는 인덕터(L)의 역기전력에 의해 빠른 속도로 충전(부스트-업)된다. 이때, 제 3 다이오드(D3)는 인덕터(L)의 전류패스로써 동작된다.
T3 구간에서 제 3 스위치(SW3)가 턴-온 된다. 제 3 스위치(SW3)가 턴-온 되면 도 7에 도시된 바와 같이 서스테인 전압(Vs), 제 3 스위치(SW3), 패널에 형성된 전극(Re) 및 패널 커패시터(Cp)를 경유하여 기저전압원(GND)으로 이어지는 폐루프가 형성된다. 이때, 서스테인 전압(Vs)은 제 3 스위치(SW3)를 경유하여 패널 커패시터(Cp)로 공급되고, 패널 커패시터(Cp)는 서스테인 전압(Vs)을 유지하면서 서스테인 방전을 일으킨다.
T4 구간에서 제 3 스위치(SW3)가 온 상태로 계속 유지되고 제 2 스위치(SW2)가 턴-온 된다. 제 2 스위치(SW2)가 턴-온 되면 도 8과 같이 서스테인 전압(Vs), 제 3 스위치(SW3), 인덕터(L),제 2 다이오드(D2), 제 2 스위치(SW2) 및 외부 커패시터(Css)를 경유하여 기저전압원(GND)로 이어지는 폐루프가 형성된다. 이때, 외부 커패시터(Css)에 대략 서스테인 전압(Vs)의 절반에 해당되는 전압이 충전된다.
T5 구간에서 제 2 및 제 3 스위치들(SW2,SW3)이 턴-오프 된다. 제 2 및 제 3 스위치들(SW2,SW3)이 턴-오프 되면 도 9와 같이 인덕터(L)에 역전압이 유기된다.이때, 패널 커패시터(Cp), 패널에 형성된 전극(Re), 인덕터(L), 제 4 다이오드(D4) 및 서스테인 전압원(Vs)으로 이어지는 폐루프가 형성된다. 여기서, 인덕터(L)의 부(-) 극성이 패널 커패시터(Cp)와 접속되기 때문에 패널 커패시터(Cp)에 저장된 전압은 인덕터(L)의 역기전력에 의해 빠르게 방전(부스트-다운)된다. 이때, 제 4 다이오드(D4)는 인덕터(L)의 전류패스로써 동작된다.
T4 이후 구간에서 제 4 스위치(SW1)가 턴-온 된다. 제 4 스위치(SW1)가 턴-온 되면 패널 커패시터(Cp), 패널에 형성된 전극(Re), 제 4 스위치(SW1) 및 기저전압원(GND)로 이어지는 폐루프가 형성된다. 이때, 패널 커패시터(Cp) 일측에 걸리는 전압(Vp)은 기저전압(GND) 상태로 유지된다.
즉, 본 발명에서는 인덕터(L)에 유기된 역전압을 이용하여 패널 커패시터(Cp)의 일측에 걸리는 전압을 충전 및 방전 시키기 때문에 빠른 상승 및 하강 시간을 갖는 서스테인 펄스를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 회수회로는 부스터 방식을 사용하여 인덕터에 전하를 충전시킴으로써 서스테인 펄스의 전압 상승 및 하강을 빠르게 동작 시킬 수 있다. 또한, 종래의 에너지 회수회로에서 회로의 변환없이 스위치 구동 펄스를 조절하여 부스트-업/다운 구동을 할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (6)

  1. 외부 캐패시터와,
    패널의 방전셀에 등가적으로 형성되는 패널 캐패시터와,
    상기 외부 캐패시터와 상기 패널 캐패시터 사이에 접속되는 인덕터와,
    상기 외부 캐패시터와 상기 인덕터 일측 사이에 접속되는 제 1 스위치와,
    상기 인덕터의 다른측과 상기 기저전압원 사이에 설치되어 상기 외부 캐패시터에 충전된 전압에 의하여 상기 인덕터가 충전될 때 상기 제 1 스위치와 동기되어 턴-온되는 제 2 스위치와,
    상기 제 1 및 제 2 스위치가 턴-오프될 때 상기 인덕터에 제 1 역전압이 유기되고, 상기 인덕터의 일측과 상기 기저전압원 사이에 설치되어 상기 인덕터에 유기된 제 1 역전압이 상기 패널 커패시터로 공급될 수 있도록 전류패스를 형성하는 제 1 다이오드를 구비하는 에너지 회수회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    서스테인 전압원과,
    상기 서스테인 전압원과 상기 패널 캐패시터 사이에 설치되어 상기 인덕터에 유기된 제 1 역전압에 의하여 상기 패널 커패시터가 충전된 후 턴온되어 상기 서스테인 전압원의 전압을 상기 패널 커패시터로 공급하기 위한 제 3 스위치를 추가로 구비하는 에너지 회수회로.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 인덕터의 일측과 상기 외부 커패시터 사이에 설치되고, 상기 서스테인 전압이 상기 패널 커패시터로 공급되는 기간 중 일부 기간에 턴-온 되어 상기 서스테인 전압으로 상기 인덕터를 충전 시키기 위한 제 4 스위치를 추가로 구비하는 에너지 회수회로.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 인덕터의 일측과 상기 서스테인 전압원 사이에 설치되고 상기 제 3 및 제 4 스위치가 턴-오프되어 상기 인덕터에 제 2 역전압이 유기될 때 턴온되어 상기 패널 커패시터로부터 상기 인덕터를 경유하여 상기 서스테인 전압원으로 이르는 전류패스를 형성하기 위한 제 2 다이오드를 추가로 구비하는 에너지 회수회로.
  5. 외부 커패시터의 전압에 의하여 인덕터가 충전되는 단계와,
    상기 인덕터가 충전된 후 상기 인덕터에 제 1 역전압이 유기되는 단계와,
    상기 인덕터에 유기된 제 1 역전압이 자신의 일측과 기저전위 사이에 형성된 제 1다이오드를 포함하는 제 1 전류패스에 의하여 패널 커패시터를 충전시키는 단계와,
    상기 패널 커패시터에 서스테인 전압이 공급되는 단계와,
    상기 서스테인 전압이 상기 패널 커패시터로 공급되는 기간 중 일부 기간동안 상기 인덕터가 상기 서스테인 전압에 의하여 충전되는 단계와,
    상기 인덕터에 제 2 역전압이 유기되는 단계와,
    상기 인덕터에 제 2 역전압이 유기될 때 상기 패널 커패시터에 충전된 전압이 상기 인덕터 및 제 2 다이오드에 의해 형성된 제 2 전류패스에 의하여 방전되는 단계를 포함하는 에너지 회수회로의 구동방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 다이오드에 의해 전류패스가 형성된 후 상기 패널 커패시터가 상기 기저전압원에 의해 기저전위로 유지되는 단계를 추가로 포함하는 에너지 회수회로의 구동방법.
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