KR20050050449A - 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의구동장치 - Google Patents

에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치에 있어서, 방전유지전압을 인가하는 전압원을, 상기 플라즈마 디스플레이 패널의 앞쪽 기판에 정열된 전극 라인들에 접속시키는 방전유지전압 스위칭부와; 상기 전극 라인들과 인덕터를 통하여 접속되고, 상기 방전유지전압 스위칭부와 상기 인덕터를 통하여 접속노드에서 결합된 제1 및 제2 다이오드와, 상기 제1 다이오드와 직렬 접속된 제1 스위칭 소자와 상기 제2 다이오드와 직렬 접속된 제2 스위칭 소자에 의하여, 상기 방전셀에 남아있는 전하들의 소집 및 상기 소집된 전하들의 인가를 결정하는 전력회수 구동부와; 상기 전력회수 구동부의 제1 및 제2 스위칭 소자 사이에 접속되어 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 스위칭에 따라, 상기 전력회수 구동부에서 소집하는 전하들을 축적하고, 상기 축적된 전하들을 방출하는 에너지 저장부와; 상기 전력회수 구동부의 상기 제1 스위칭 소자와 제1 다이오드간의 제1 노드와, 상기 제2 스위칭 소자와 제2 다이오드간의 제2 노드와의 사이에서, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이의 노드간 전압을 양단간의 평시 전압으로 유도하는 보조회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동장치{Apparatus for driving plasma display panel comprising energy recovery circuit}
본 발명은, 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 3-전극형 플라즈마 디스플레이 패널(1)의 구성을 보여준다.
도 1을 참조하면, 일반적인 3-전극형 플라즈마 디스플레이 패널(1)의 앞면 및 뒤쪽 글라스 기판들(10, 13) 사이에는, 어드레스 전극 라인들(AR1, AG1, ..., A Gm, ABm), 유전층(11, 15), Y 전극 라인들(Y1, ...Yn), X 전극 라인들(X 1, ...Xn), 형광층(16), 격벽(17) 및 보호층으로서의 일산화마그네슘(MgO)층(12)이 마련되어 있다.
어드레스 전극 라인들(AR1, AG1, ..., AGm, ABm)은 뒤쪽 글라스 기판(13)의 앞면에 일정한 패턴으로 형성된다. 하부 유전층(15)은 어드레스 전극 라인들(AR1, AG1, ..., AGm, ABm)의 앞에서 전면(全面) 형성된다. 하부 유전층(15)의 앞면에는 격벽(17)들이 어드레스 전극 라인들(AR1, AG1, ..., AGm, ABm )과 평행한 방향으로 형성된다. 이 격벽(17)들은 각 방전-셀의 방전 영역을 구획하고 각 방전-셀 사이의 광학적 간섭(cross talk)을 방지하는 기능을 한다. 형광층(16)은 격벽(17)들 사이에 형성된다.
X 전극 라인들(X1, ...Xn)과 Y 전극 라인들(Y1, ...Yn)은 어드레스 전극 라인들(AR1, AG1, ..., AGm, ABm)과 직교되도록 앞쪽 글라스 기판(10)의 뒷면에 일정한 패턴으로 형성된다. 각 교차점은 상응하는 방전-셀을 규정한다. 상부 유전층(11)은 X 전극 라인들(X1, ...Xn)과 Y 전극 라인들(Y1, ...Yn)의 뒤에서 형성된다. 강한 전계로부터 패널(1)을 보호하기 위한 일산화마그네슘(MgO)층(12)은 상부 유전층(11)의 뒷면에 형성된다. 방전 공간(14)에는 플라즈마 형성용 가스가 밀봉된다.
도 2는 도 1의 패널에 인가되는 구동 신호들을 보여준다.
도 2에서 참조부호 SA는 각 어드레스 전극 라인(도 1의 AR1, AG1, ..., AGm, ABm)에 인가되는 구동 신호를, SX는 X 전극 라인들(도 1의 X1, ...X n)에 인가되는 구동 신호를, 그리고 SY1, ..., SYn은 각 Y 전극 라인(도 1의 Y1, ...Y n)에 인가되는 구동 신호를 가리킨다. 도 2를 참조하면, 단위 서브-필드(SF1)에서의 어드레스 주기(A1)는 리셋 주기(A11, A12, A13)와 주 어드레스 주기(A14)로 구분된다.
디스플레이 방전 주기(S1)에서는, 모든 Y 전극 라인들(Y1, ...Yn)과 X 전극 라인들(X1, ...Xn)에 정극성 전압 VXB보다 높은 전압 VS의 공통 펄스가 교호하게 인가되어, 상응하는 어드레스 주기(A1)에서 벽전하들이 형성된 방전-셀들에서 디스플레이 방전을 일으킨다. 이 디스플레이 방전 주기(S1)에서 최종 펄스가 X 전극 라인들(X1, ...Xn)에 인가되는 경우, 선택되어 표시된 방전-셀들의 X 전극 주위에는 전자들이, 그리고 Y 전극 주위에는 양전하들이 형성된다. 이에 따라 제1 리셋 주기(A11)에서는, X 전극 라인들(X1, ...Xn)에 정극성 전압 VXB보다 낮은 전압 VRX가 인가되어, 벽전하들을 일차적으로 소거시키는 방전이 수행된다. 또한, 제2 리셋 주기(A12)에서는, 모든 Y 전극 라인들(Y1, ...Yn)에 전압 VS의 세폭 펄스가 인가되어, 남아있는 벽전하들을 이차적으로 소거시키는 방전이 수행된다. 그리고, 제3 리셋 주기(A13)에서는, X 전극 라인들(X1, ...Xn)에 전압 VRX가 다시 인가되어, 벽전하들을 최종적으로 소거시키는 방전이 수행된다. 이에 따라 방전 공간 내에는 모든 벽전하들이 소거될 수 있고 공간 전하들이 균일하게 분포될 수 있다.
주 어드레스 주기(A14)에서는, 어드레스 전극 라인들(3AR1, AG1, ..., AGm , ABm)에 표시 데이터 신호가 인가됨과 동시에 각 Y 전극 라인(Y1, ...Yn )에 상응하는 주사 펄스가 순차적으로 인가된다. 각 어드레스 전극 라인(AR1, AG1, ..., A Gm, ABm)에 인가되는 표시 데이터 신호는 방전-셀을 선택할 경우에 정극성 전압 Va가, 그렇지 않을 경우에 접지 전압인 0 [V]가 인가된다. 각 Y 전극 라인(Y1, ...Yn)에는, 주사되지 않는 시간에 바이어스 전압 VYB가 인가되며, 주사되는 시간에 0 [V]가 인가된다. 이에 따라 0 [V]의 주사 펄스가 인가되는 동안에 전압 Va의 표시 데이터 신호가 인가되면 상응하는 방전-셀에서 어드레스 방전에 의하여 벽전하들이 형성되며, 그렇지 않은 방전-셀에서는 벽전하들이 형성되지 않는다. 여기서, 보다 정확하고 효율적인 어드레스 방전을 위하여, X 전극 라인들(X1, ...Xn)에 전압 V S보다 낮고 VYB보다 높은 전압 VXB가 인가된다.
도 3은 도 2의 구동 신호들을 발생시키는 종래의 구동 장치를 보여준다.
도 3을 참조하면, 종래의 구동 장치는 제어부(2), 어드레스 구동부(3), X-공통 구동부(4), Y-구동부(5)를 포함한다. 제어부(2)는 외부로부터의 영상 신호에 따라 구동 제어 신호들(SCA, SCY, SCX)을 발생시킨다. 어드레스 구동부(3)는, 제어부(2)로부터의 구동 제어 신호들(SCA, SCY, SCX)중에서 어드레스 신호(S CA)를 처리하여 표시 데이터 신호(도 2의 SA)를 발생시키고, 발생된 표시 데이터 신호(SA)를 어드레스 전극 라인들(AR1, AG1, ..., AGm, ABm)에 인가한다. X-공통 구동부(4)는 제어부(2)로부터의 구동 제어 신호들(SCA, SCY, SCX)중에서 X 구동 제어 신호(S CX)를 처리하여 X 전극 라인들(X1, ...Xn)에 인가한다.
Y-구동부(5)는 제어부(2)로부터의 구동 제어 신호들(SCA, SCY, SCX)중에서 Y 구동 제어 신호(SCY)를 처리하여 Y 전극 라인들(Y1, ...Yn)에 인가한다.
한편, 구동 전력의 소비량이 높은 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치에는 에너지 재생 회로가 필수적으로 구비되어야 한다. 방전유지펄스들이 가해질 때마다 AC-PDP의 각 셀들에 무효전력에 해당하는 변위전류가 흐르고 벽전압과 외부전압을 더하여 방전개시 전압을 넘는 순간부터 방전전류가 흘러 들어가 플라즈마 방전이 형성된다. 유지방전은 일정한 전압을 가했을 때 셀 내부의 일정조건이 충족되어야 플라즈마 방전이 개시되는 방전으로서, 조건을 만족시키지 못하는 셀들도 방전전류가 흐르지 않더라도 변위전류는 항상 흘러 들어간다. 변위전류의 양은 각 픽셀의 형태나 구성재료에 따라 변하는 고유 캐패시턴스(Cp)에 따라 달라지는데, 이 캐패시턴스에 의한 무효전력의 소비가 상당하기 때문에, 낭비되는 무효전력을 감소시키기 위해 에너지 재생 회로가 필요하다.
이와 같은 에너지 재생 회로는 Y-구동부(5) 및 X-공통 구동부(4)에 구비된다. 즉, Y-구동부(5) 및 X-공통 구동부(4)는, 디스플레이 방전 주기(도 2의 S1)에 있어서, 전압 VS의 디스플레이 방전용 펄스가 X 전극 라인들(X1, ...Xn ) 및 Y 전극 라인들(Y1, ...Yn)에 주기적으로 인가될 때에, 현재 펄스 주기에서 표시되는 방전-셀들에 불필요한 전력을 회수하여 다음 펄스 주기에서 표시될 방전-셀들에 인가한다.
도 4를 참조하면, 도 3의 장치의 Y-공통 구동부(5)에는, 충방전 커패시터(CSY), 4 개의 스위칭 소자들(SW1, ..., SW4), 동조 코일(L) 및 전류 제어 다이오드 등을 포함한다.
디스플레이 방전 주기에서 Y 전극 라인들(Y1, ...Yn)에 디스플레이 방전 전압(VSY)이 인가되기 직전에는 제1 스위칭 소자(SW1)가 온(ON)되어 충방전 커패시터(CSY)에 수집되었던 전하들이 동조 코일(L) 및 주사 구동부(6)를 통하여 Y 전극 라인들(Y1, ...Yn)에 인가된다. 또한, 커패시터(CSY)로부터의 인가되는 전압이 최고치가 될 때 제3 스위치(SW3)를 온 시켜서 Y 전극 전압을 디스플레이 방전 전압(VSY)까지 상승시키면 유지방전현상이 Y-X 전극간에 일어난다. 그리고, 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)가 오프(OFF)되는 시점 즉, 디스플레이 방전 전압(VSY)의 인가가 종료되는 시점에서는, 제2 스위칭 소자(SW1)가 온(ON)되어, 플라즈마 디스플레이 패널(1)의 각 방전셀(CP1, CP2, ..., CPn-1, C Pn)에 불필요하게 남아있는 전하들이 수집된다. 그리고, 전극 전압이 최저치가 될 때 제4 스위칭 소자(SW4)를 닫아 전극 전압을 0V로 내린다. 제4 스위칭 소자(SW4)는, Y 전극 라인들(Y1, ...Yn)에 디스플레이 방전 전압이 인가되는 동안에 오프(OFF)되고, X 전극 라인들(X1, ...Xn)에 디스플레이 방전 전압이 인가되는 동안에 온(ON)된다.
한편, X-공통 구동부(4)에도, 충방전 커패시터, 4 개의 스위칭 소자들, 동조 코일 및 전류 제어 다이오드 등이 도 4와 대칭적인 회로 구조를 가지고 배치되어, Y-X 전극간의 방전유지가 이루어지도록 되어 있다.
그런데, 종래의 에너지 재생 회로는 복수의 스위칭 소자들과 다이오드의 커패시턴스로 인하여 회수되지 못하는 에너지 소비가 크게 발생하였다. 이에 따라, 종래에는 역방향 바이어스 회복시간이 짧은 다이오드를 채용하고, 스위칭 소자들도 내부 커패시턴스가 작으면서도 소자 저항이 낮은 것을 사용하는 등 단순히 더욱 이상적인 소자를 사용함으로써 에너지 낭비를 줄였으나, 결과적으로 고가의 소자를 사용해야 하기 때문에 장치의 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 종래기술의 문제점 및 기타 여러 문제점을 해결하기 위하여, 에너지 재생 회로에서의 노드간 전압의 급격한 변화를 억제하고, 프리휠링 전류를 감소시킴으로써, 보다 고효율의 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동장치에 관한 것으로서, 뒤쪽 기판의 앞면에 서로 평행하게 정열된 어드레스 전극 라인들; 및 앞쪽 기판의 뒷면에서 상기 어드레스 전극 라인들과 직교하게 정열된 Y 전극 라인들과 X 전극 라인들을 포함한 플라즈마 디스플레이 패널에 대하여, 상기 Y 전극 라인들과 X 전극 라인들 사이에 교류 펄스의 전압을 인가하여 선택된 방전셀들에서 디스플레이 방전을 일으키게 하고, 상기 교류 펄스의 하강 시점에서 상기 방전셀에 남아있는 전하들을 소집하여 상기 교류 펄스의 상승 시점에서 소집된 전하들을 인가하는 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치에 있어서, 방전유지전압을 인가하는 전압원을 상기 플라즈마 디스플레이 패널의 앞쪽 기판에 정열된 전극 라인들에 접속시키는 방전유지전압 스위칭부와; 상기 전극 라인들과 인덕터를 통하여 접속되고, 상기 방전유지전압 스위칭부와 상기 인덕터를 통하여 접속노드에서 결합된 제1 및 제2 다이오드와, 상기 제1 다이오드와 직렬 접속된 제1 스위칭 소자와 상기 제2 다이오드와 직렬 접속된 제2 스위칭 소자에 의하여, 상기 방전셀에 남아있는 전하들의 소집 및 상기 소집된 전하들의 인가를 결정하는 전력회수 구동부와; 상기 전력회수 구동부의 제1 및 제2 스위칭 소자 사이에 접속되어 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 스위칭에 따라, 상기 전력회수 구동부에서 소집하는 전하들을 축적하고, 상기 축적된 전하들을 방출하는 에너지 저장부와; 상기 전력회수 구동부의 상기 제1 스위칭 소자와 제1 다이오드간의 제1 노드와, 상기 제2 스위칭 소자와 제2 다이오드간의 제2 노드와의 사이에서, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이의 노드간 전압을 양단간의 평시 전압으로 유도하는 보조회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 보조회로는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드간에 커패시터 또는 커패시터와 저항을 구비하여 상기 노드간 전압을 저장하고 공급함으로써, 상기 인덕터의 프리휠링 전류에 의한 에너지 소비를 줄이는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명에 의한 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치를 더욱 자세히 설명하겠다.
도 5는 종래의 에너지 재생 회로를 나타내는 회로도의 일례이고, 도 6은 도 5의 회로를 구동할 때의 스위칭 파형 및 출력파형의 추이를 나타내는 파형도, 도 7a는 도 5의 회로를 도 6의 파형으로 구동할 때 도 6의 t1~t2구간에서의 근사 회로도, 도 7b는 도 5의 회로를 도 6의 파형으로 구동할 때 도 6의 t2~t3구간에서의 근사 회로도, 도 7c는 도 5의 회로를 도 6의 파형으로 구동할 때 도 6의 t3~t4구간에서의 근사 회로도, 도 7d는 도 5의 회로를 도 6의 파형으로 구동할 때 도 6의 t4~t5구간에서의 근사 회로도이다.
도 5의 에너지 재생 회로는 방전유지전압(Vs)를 인가하는 방전유지전압 스위칭부(130)와, 인덕터(53) 및 스위치(SW1, SW2)와 다이오드(DP1, DP2)를 포함하는 전력회수 구동부(51)와, 과도한 전압으로 이행하는 것을 방지하는 역할의 다이오드(DC1, DC2)로 이루어진 클램핑부(52)와, 전력회수 구동부의 스위칭에 따라 에너지를 저장하고 방출하는 에너지 저장부(54)를 포함한다. 미국특허 제5,081,400호(발명자 L.F.Weber 등)는 에너지 저장부(54)로서 커패시터를 사용하는 회로를 개시하고 있으며, 미국특허 제5,670,974호(발명자 Masataka ohba 등)에서는 에너지 저장부(54)를 별도로 사용하지 않는 회로를 예시하고 있다. 도 5는 미국특허 제5,081,400호의 에너지 재생회로를 기초로 한 방식으로서 에너지 저장부(54)로 커패시터(Css)를 사용하고 있다.
이하에서는, 종래 기술의 에너지 재생회로에서 낭비되는 에너지를 파악하기 위하여, 도 5의 회로의 동작 중 t1 ~ t5 구간을 도 6의 파형도 및 도 7의 근사 회로도를 참조하면서, 자세히 분석하겠다.
(1-1) t 1 ~t 2 구간(도 7a)
인덕터(L)에 에너지를 저장하여 용량성 부하를 충전하는 구간이다. 초기에 에너지 저장용 커패시터(Css)에는 1/2 Vs의 전압이 충전되어 있고, V1= 1/2 Vs, V2=0 이다. 스위치(SW2)가 온되고 다른 스위치(SW1,3,4)는 오프일 때, 등가회로는 도 7a와 같이 된다.
스위치(SW2)가 온되면서 인덕터(L)과 용량성 부하(Cp)간에 직렬 LC 공진이 발생하여, 에너지 저장용 커패시터(Css)에 저장되어 있던 에너지가 인덕터(L)를 통하여 용량성 부하(Cp)에 충전된다. 이때, V2는 1/2 Vs로 상승하며, V1은 그대로 1/2 Vs의 전압을 유지한다.
(1-2) t 2 ~t 3 구간(도 7b)
이 구간은 PN 접합 다이오드의 역방향 시간(Trr)이다.
스위치(SW2)가 온되어 있는 상태에서 부하 전압(Vo)이 거의 최대치에 도달할 때 즈음에 스위치(SW3)가 온됨으로써 부하 전압(Vo)에 방전유지전압(Vs)을 인가시킨다. 이때, 인덕터(L)의 전류(IL)가 양에서 음의 값으로 변한다. 그리고, 다이오드(DP2)가 순방향 바이어스에서 역방향 바이어스로 바뀌기 시작한다. 그러나, PN 접합 다이오드의 고유특성인 역회복 시간(Trr;Reverse Recovery Time) 동안에는 다이오드(DP2)가 그대로 도통된 것과 같은 상황이 유지된다. t2~t3 구간은 이 역회복 시간(Trr)을 나타내며, 근사 회로도는 도 7b와 같이 된다.
이때, 인덕터에 흐르는 전류(IL)는,
로서, 시간에 따라 비례적으로 증가한다.
(1-3) t 3 ~t 4 구간(도 7c)
전력회수 구동회로의 제1 및 제2 다이오드간 접속노드의 전압이 Vs까지 상승하는 기간이다.
노드 2의 전압(V2)보다도 제1 및 제2 다이오드간 접속노드의 전압(VL)이 더 커짐에 따라, 다이오드(DP2)가 역방향 바이어스로 바뀌면서, 더 이상 다이오드간 접속노드의 전압(VL)이 인덕터(L)에 흐르는 전류로 인하여 1/2 Vs로 고정되지 못하고 상승하기 시작한다. 이때, 스위치(SW1)의 내부 커패시턴스(CSW1) 및 다이오드들(DP2, DC1, DC2)의 접합 커패시턴스를 충전하여야 다이오드간 접속노드의 전압(VL)의 상승이 가능해진다. 따라서, 근사 회로도는 도 7c와 같이 된다. 인덕터(L)에서 바라본 등가 회로는 각 내부 커패시턴스 및 접합 커패시턴스들의 합인 하나의 커패시턴스처럼 근사화시킬 수 있다. 하나의 커패시턴스는 다이오드들(DP2, DC1, DC2)의 접합 커패시턴스들과 스위치(SW2)의 내부 커패시턴스의 합과 같다.
C1 = CSW1 + CDP2 + CDC1 + CDC2
LC 공진의 공진 주파수는 식 3과 같다.
LC 공진의 초기 조건은, 다음 식 4 및 식 5와 같다.
LC 공진시 IL과 VL의 해는 다음 식 6과 같다.
x(t) = Acosωt + Bsinωt
그러므로, 상기 초기조건들로부터 인덕터(L)에 흐르는 전류를 구하면, 다음 식 7과 같이 된다.
(1-4) t 4 ~t 5 구간(도 7d)
프리휠링 전류가 흐르는 구간이다.
다이오드간 접속노드의 전압(VL)이 방전유지전압(Vs)으로 되면, 다이오드(DC1)가 순방향 바이어스로 전환되면서 t3~t4 구간이 종료된다. 구간 t4~t5 가 시작하는 시점에서 식 8에 의하여, 다음 식 9가 만족된다.
tanω(t4-t3) = 1/(ω·Trr)
따라서, 식 9를 식 7에 대입하면, 다음 식 10을 얻는다.
이 값은 도 6의 -IR1과 같다. 식 10에서, 다이오드(DP2)의 역회복 시간(Trr)에 의한 성분((Trr/L)2)과 C1을 충전하는 성분(C1/L)이 구별되어 있음을 알 수 있다. 구간 t4~t5에서 인덕터(L)를 흐르는 전류(IL)에 대해, 도 7d와 같은 근사 회로도로 나타낼 수 있다. 전류 경로는 스위치(SW3)-코일(L)-다이오드(DC1)으로이어진다. 이 전류는 경로상의 저항에 의하여 서서히 줄어든다.
이상과 같이, 종래 기술에 의한 에너지 재생 회로에서, 구간 t1~t5 을 자세하게 분석한 결과, 식 10과 같은 전류는 주된 전력회수 동작의 구간 t1~t2 과는 무관하게 발생한다. 이 전류로 인하여 인덕터(L)에는 1/2 LIL(t4)2의 에너지가 저장되며, 도 5의 회로를 사용할 때, 이 에너지를 다시 회수하는 것은 불가능하다. 식 10의 전류 IL(t4)는 다이오드(DP1)의 역방향 바이어스 회복 시간(Trr)이 길수록, 다이오드들(DP2,DC1, DC2)의 접합 커패시턴스들과 스위치(SW2)의 내부 커패시턴스의 합인 식 2의 C1 (=CSW1 + CDP2 + CDC1 + CDC2) 값이 클수록 커짐을 알 수 있다.
도 6의 전류 IL(t4)에 의한 에너지 낭비(빗금친 부분)에 대하여, 종래에는 IL(t4)를 줄이기 위하여, 단순히 더욱 이상적인 소자를 사용하는 방안을 강구하였다. 즉, 역방향 바이어스 회복시간이 더 짧은 다이오드를 채용하고, 스위칭 소자들도 내부 커패시턴스가 작으면서 소자 저항은 낮은 소자를 사용함으로써 상기 문제를 해결하였다. 따라서, 결과적으로 값비싼 소자를 채용함으로 인해 제조 원가가 상승하는 단점이 있었다.
이하에서는, 본 발명에 의한 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동장치에 대하여, 도 8 내지 도 10을 참조하면서 자세히 설명하겠다.
도 8은 도 5의 회로에 본 특허의 보조회로를 첨가했을 때의 회로도를 나타내며, 도 9는 도 8의 회로를 구동할 때 스위칭 순서 및 출력파형의 추이를 나타내고 있다. 도 10a는 도 8의 회로를 도 9의 파형으로 구동할 때 도 9의 t1~t2구간에서의 근사 회로도, 도 10b 는 도 8의 회로를 도 9의 파형으로 구동할 때 도 9의 t2~t3구간에서의 근사 회로도, 도 10c는 도 8의 회로를 도 9의 파형으로 구동할 때 도 9의 t3~t4구간에서의 근사 회로도, 도 10d는 도 8의 회로를 도 9의 파형으로 구동할 때 도 9의 t4~t5구간에서의 근사 회로도이다.
도 8의 본 발명에 의한 에너지 재생 회로를 살펴보면, 크게 방전유지전압 스위칭부(130)와, 전력회수 구동부(110)와, 에너지 저장부(120)를 가지고 있으며, 특히 전력회수 구동부(110)의 노드 1과 노드 2와의 사이에 R-C 직렬로 이루어진 보조회로가 결합되어 있음을 볼 수 있다.
방전유지전압 스위칭부(130)는, 방전유지전압(Vs)을 인가하는 전압원을 플라즈마 디스플레이 패널의 X 전극 라인들 또는 Y 전극 라인들에 접속시키는 제3 스위칭 소자(SW3)와, 방전유지 종료시에 전극전압을 접지에 접속시키는 제4 스위칭 소자(SW4)를 구비한다. 제3 스위칭 소자(SW3)는 방전유지전압(Vs)의 전압원과 접속되어 방전유지전압(Vs)의 인가시에 스위칭 온되고, 이때 제4 스위칭 소자(SW4)는 스위칭 오프된다. 그리고, 제3 스위칭 소자(SW3)와 상기 제4 스위칭 소자(SW4)와의 사이에는 플라즈마 디스플레이 패널의 X 전극 라인들 또는 Y 전극 라인들 및 상기 인덕터(L)가 공통으로 결합되며, 제4 스위칭 소자(SW4)는 접지전위에 접속되고, 인덕터(L)의 타단은 전력회수 구동부(110)의 제1 다이오드(DP1)및 제2 다이오드(DP2 )간 접속노드에 접속된다.
에너지 저장부(54)는 전력회수 구동부(110)의 제1 스위칭 소자(SW1) 와 제2 스위칭 소자(SW2) 사이에 접속되어 제1 및 제2 스위칭 소자의 스위칭에 따라, 전력회수 구동부(110)에서 소집하는 전하들을 축적하고, 축적된 전하들을 방출한다.
그리고, 전력회수 구동부(110)는, 한 쌍의 다이오드(DP1, DP2)와 그 다이오드에 각각 직렬 접속된 한 쌍의 스위칭 소자(SW1, SW2)를 구비하며, 한 쌍의 다이오드(DP1, DP2) 사이의 접속노드는 전극 라인들과 인덕터(L)를 통하여 결합되어 방전셀에 남아있는 전하들의 소집 여부 및 소집된 전하들의 인가 여부를 한 쌍의 스위칭 소자(SW1, SW2)로써 결정한다. 그리고, 전력회수 구동부(110)의 제1 및 제2 다이오드간 접속노드와 제3 스위치(SW3)의 사이, 및 전력회수 구동부(110)의 제1 및 제2 다이오드간 접속노드와 상기 제4 스위치 사이(SW4)에는, 각각 과전압방지용 다이오드(DC1, DC2)로 이루어진 클램핑부(52)가 접속된다. 클램핑부(52)는 접속노드의 전압(VL)이 방전유지전압(Vs) 이상으로 되거나 또는 전지전위(GND) 이하로 천이하는 것을 방지하고, 다이오드(DP1, DP2) 및 스위칭 소자(SW1, SW2)의 전압 스트레스를 경감시켜 준다.
특히, 전력회수 구동부(110)의 제1 스위칭 소자(SW1)와 제1 다이오드(DP1)간의 제1 노드와, 제2 스위칭 소자(SW2)와 제2 다이오드(DP2)간의 제2 노드와의 사이에서, 제1 노드와 제2 노드 사이의 노드간 전압을 양단간의 평시 전압으로 유도하는 보조회로(55)를 구비한다. 보조회로(55)는 제1 노드와 제2 노드간에 커패시터(Cx)를 구비하여 노드간 전압을 저장하고 공급함으로써, 인덕터(L)의 프리휠링 전류에 의한 에너지 소비를 줄일 수 있다. 또한, 보조회로(55)는 제1 노드와 제2 노드간에 커패시터(Cx) 및 직렬 저항(Rx)를 구비하여 노드간 전압을 저장하고 공급함으로써, 인덕터(L)의 프리휠링 전류에 의한 에너지 소비를 줄일 수 있다.
상기 보조회로(55)에 의한 평시 전압 유도작용에 의해 에너지 낭비가 감소되는 것에 대하여, 도 8의 회로도, 도 9의 파형도, 도 10의 근사 회로도를 참조하면서 설명하겠다.
(2-1) t 1 ~t 2 구간(도 10a)
인덕터(L)에 에너지를 저장하여 용량성 부하를 충전하는 구간이다. 전력회수 구동부(110)의 양단 간의 평시 전압은, 도 5의 회로도와 도 6의 파형을 참조할 때, 초기에 노드 1의 전압(V1)이 1/2 Vs[v] 이고 노드 2의 전압(V2)이 0[v]이므로, 평시 전압은 1/2 Vs[v]이다. t0~t1 구간에서 커패시터(Cx)의 양단에 1/2 Vs의 전압만큼 충전되어 있었다면, 저항(Rx)를 통하여 t1~t2 구간에서 노드 1의 전압(V1)이 서서히 상승된다. 이때, 부하 용량에 인가되는 전압은 VL = V2 = 1/2 Vs 이므로, 제1 스위칭 소자(SW1)의 내부 커패시턴스(CSW1)와 다이오드(DP1)의 접합 커패시턴스(CDP1)의 합에 해당하는 용량(CSW1+CDP1)에 대해 보조회로의 커패시터(Cx)에 충전되었 있던 에너지로부터 저항(Rx)을 통한 충전이 이루어진다. 이때, Cx >> (CSW1+CDP1)이다.
보조회로의 커패시터(Cx)에 충전되는 전압은 식 11과 같다.
(2-2) t 2 ~t 3 구간(도 10b)
이 구간은 PN 접합 다이오드의 역방향 시간(Trr)이다.
이 구간 동안에도 커패시터(Cx)와 저항(Rx)로부터, 제1 스위칭 소자(SW1)의 내부 커패시턴스(CSW1)와 다이오드(DP1)의 접합 커패시턴스(CDP1)의 합에 해당하는 용량(CSW1+CDP1)에 대한 충전은 계속된다.
(2-3) t 3 ~t 4 구간(도 10c)
전력회수 구동회로의 제1 및 제2 다이오드간 접속노드의 전압(VL)이 방전유지전압(Vs)까지 상승하는 기간이다. 노드 2의 전압(V2)보다도 제1 및 제2 다이오드간 접속노드의 전압(VL)이 더 커짐에 따라, 다이오드(DP2)가 역방향 바이어스로 바뀌면서, 더 이상 다이오드간 접속노드의 전압(VL)이 인덕터(L)에 흐르는 전류로 인하여 1/2 Vs로 고정되지 못하고 상승하기 시작한다. 이때, 스위치(SW1)의 내부 커패시턴스(CSW1)는 이미 전압이 Vs 부근까지 상승한 상태이다. 그런데, CSW1이 C DP1보다도 훨씬 크므로(CSW1>>CDP1), 다이오드간 접속노드의 전압(VL) 상승은 다이오드들(DP1, DP2, DC1, DC2) 접합 커패시턴스(CDP1 , CDP2, CDC1, CDC2)를 충전하면서 이루어진다. 따라서, 식 2에서 커패시턴스 값은, 다음 식 12와 같이 바뀐다.
C2 = CDP1 + CDP2 + CDC1 + CDC2
제1 스위칭 소자(SW1) 및 다이오드(DP1)의 순시 전류의 한계치를 비슷하게 설정할 경우, 스위치로 통상적으로 사용되는 MOSFET의 출력 커패시턴스가 다이오드의 접합 커패시턴스보다 대략 10배 이상 크다(CSW1>>CDP1). 다이오드(D C1, DC2)는 순시 전류 용량이 도 6, 9의 IP 가 아닌 IR1 및 IR2의 크기에 의해 결정되므로, 다이오드(DP1, DP2)에 비하여 순시 전류 용량이 훨씬 작은 것이 선택될 수 있으며, 이때, 다이오드(DC1, DC2)의 접합 커패시턴스는 다이오드(DP1, DP2 )의 접합 커패시턴스보다 절반 이하의 값을 가진다.
그리므로, 식 2(C1 = CSW1 + CDP2 + CDC1 + CDC2 )와 식 12(C2 = CDP1 + CDP2 + CDC1 + CDC2)와 에서 알 수 있듯이, C1 >> C2 이다.
(2-4) t 4 ~t 5 구간(도 10d)
프리휠링 전류가 흐르는 구간이다.
인덕터(L)를 흐르는 전류(IL(t4))를 구하는 방법은 동일하지만, C2에 의한 성분은 C1과 비교했을 때, 매우 줄어든다. 다이오드의 역회복 시간(Trr)에 의한 성분이 C1에 의한 성분과 비슷한 수준이라면,
≒
이라 할 수 있다.
t4~t5 구간에서는 노드 1의 전압(V1)이 방전유지전압(VS)까지 상승해 있으므로, t1~t2와 t2~t3 구간 동안에 스위치(SW1)의 내부 커패시턴스와 다이오드(DP1)의 접합 커패시턴스를 충전하면서 저하된 커패시터(Cx)의 전압을 저항(Rx)를 통해 보충할 수 있다. 이 보충되는 전류는 프리휠링 전류에서 오는 것이므로, 기존의 회로와 별도로 발생하는 전력소모는 없다.
식 11에서, 노드 1의 전압(V1)의 t2에서의 전압은 저항(Rx)의 값을 변화시킴으로써 조절할 수 있다. t2에서 V1을 대략 Vs의 80% 이상 정도로 조절하기 위하여, 식 11의 지수의 계수를 -1보다도 작게 한다고 하면, 저항(Rx)의 값은,
이라 할 수 있으며, 이 범위에서 적당히 취사 선택하는 것이 가능하다.
일례로, 전력회수 시간(t2 - t1)을 300ns, CSW1 + CDP1 = 3nF이라고 하면, 저항(Rx)은 1000 [Ω] 이하의 값을 가지도록 설정할 수 있고, 더욱 바람직하게는 100 [Ω]보다도 약간 작은 값을 가지도록 설정할 수 있다.
저항(Rx)을 매우 작게, 예컨대 1 [Ω] 이하로 설정하거나 없앨 경우에는, t1에서 제2 스위칭 소자(SW2)가 온(On)되는 순간에서 전력소모가 2배 증가한다. 제2 스위칭 소자(SW2)의 양단간 전압차가 사라지면서, 제2 스위칭 소자(SW2)의 내부 커패시턴스에 충전되어 있던 전하가 없어지는 동시에 보조회로(55)의 커패시터(Cx)로 인하여, 제1 스위칭 소자(SW1)의 양단간 전압차를 갑자기 1/2 Vs로 변하게 하면서 내부 커패시턴스를 충전하는 전류도 흘러야 한다. 따라서, 스위칭시 발생하는 전력소비가 2배로 증가한다. 또한, 빠른 스위칭으로 인한 노이즈 발생량도 증가할 수밖에 없다. 따라서, 저항(Rx)의 적정한 저항값은 10 ~ 1000 [Ω]이다.
본 발명에 의한 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치에 따르면, 전력회수 구동회로(110)의 양단간(노드 1 - 노드 2)에 저항(Rx)-커패시터(Cx)를 직렬로 접속시킨 보조회로(55)에 의하여, 노드 1과 노드 2의 양단간 전압이 서서히 1/2 Vs로 바뀌도록 유도할 수 있으며, 전력회수와 무관하게 인덕터(L)에 저장되어 소모되어 버리는 에너지를 경감시킬 수 있다. 또한, 줄어든 IR2로 인하여, 다이오드(DC1, DC2)를 더욱 작은 순시 전류 용량의 다이오드로 교체할 수 있다.
이제, t2 ~ t5 구간에서 IR1 만큼 인덕터(L)에 저장되어 소모되는 에너지의 크기와 IR2 만큼 인덕터에 저장되어 소모되는 에너지의 크기를 비교해보면,
보조회로(55)가 설치되지 않은 종래의 에너지 재생 회로에서의 소모되는 에너지는, 식 10으로부터,
보조회로(55)가 설치된 본 발명에 의한 에너지 재생 회로에서의 소모되는 에너지는,
따라서, 다음 식 17이 성립한다.
따라서, 보조회로(55)가 설치된 본 발명에 의한 에너지 재생 회로에서의 소모되는 에너지는, 보조회로(55)가 설치되지 않은 경우에 대하여 식 17의 만큼 적으므로 그만큼 전력소비 절감효과가 나타나게 된다.
식 17으로부터, 제1 스위치(SW1)의 내부 커패시턴스가 다이오드(DP1)의 접합 커패시턴스보다 10배이상 큰 점을 고려해 볼 때, 본 발명에 의한 보조회로(55)를 설치하는 편이 인덕터(L)에 저장되어 소모되는 에너지가 훨씬 적게 된다는 점을 알 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치에 따르면, 전력회수 구동부의 양단간 전압을 평시전압으로 유도하는 보조회로를 설치함으로써 인덕터에 저장되어 소모되는 에너지가 크게 경감되는 효과가 발생한다.
또한, 본 발명에 의한 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치에 따르면, 전력회수 동작에는 전혀 영향을 주지 않으면서도, 추가적인 전력소모를 줄이는 장점이 있다. 본 발명에 의한 보조회로는 종래의 스너버(snubber) 회로의 모양을 가질 수 있는 특징이 있으나, 스위칭으로 인해 전압이 요동치는 것을 감소시키는 역할을 하는 것이 아니라, 특정 노드간의 전압의 급격한 변화를 억제하여, 이후 인덕터에 저장되어 불필요하게 소모되는 에너지를 줄이는 역할을 하는 점에서 차이가 있다.
지금까지, 본 발명을 가장 바람직한 실시예를 기준으로 설명하였으나, 상기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 내용이 그에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 구성에 대한 일부 구성요소의 부가, 삭감, 변경, 수정 등이 있더라도 첨부된 특허청구범위에 의하여 정의되는 본 발명의 기술적 사상에 속하는 한, 본 발명의 범위에 해당된다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서, 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)의 위치 및 다이오드(DP1,DP2)의 애노드 및 캐소드의 방향이 바뀌어도 본 발명의 범위에 속함을 부인할 수 없다.
도 1은 일반적인 3-전극형 플라즈마 디스플레이 패널의 구성을 보여주는 내부 사시도이다.
도 2는 도 1의 패널에 인가되는 구동 신호들을 보여주는 타이밍도이다.
도 3은 도 2의 구동 신호들을 발생시키는 종래의 구동 장치를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 장치의 Y-공통 구동부의 기본적인 에너지 재생 회로를 보여주는 도면이다.
도 5는 종래의 에너지 재생 회로를 나타내는 회로도의 일례이다.
도 6은 도 5의 회로를 구동할 때의 스위칭 파형 및 출력파형의 추이를 나타내는 파형도이다.
도 7a는 도 5의 회로를 도 6의 파형으로 구동할 때 도 6의 t1~t2구간에서의 근사 회로도이다.
도 7b는 도 5의 회로를 도 6의 파형으로 구동할 때 도 6의 t2~t3구간에서의 근사 회로도이다.
도 7c는 도 5의 회로를 도 6의 파형으로 구동할 때 도 6의 t3~t4구간에서의 근사 회로도이다.
도 7d는 도 5의 회로를 도 6의 파형으로 구동할 때 도 6의 t4~t5구간에서의 근사 회로도이다.
도 8은 도 5의 회로에 본 발명에 의한 보조회로를 첨가했을 때의 회로도이다.
도 9는 도 8의 회로를 구동할 때 스위칭 순서 및 출력파형의 추이를 나타내는 파형도이다.
도 10a는 도 8의 회로를 도 9의 파형으로 구동할 때 도 9의 t1~t2구간에서의 근사 회로도이다.
도 10b 는 도 8의 회로를 도 9의 파형으로 구동할 때 도 9의 t2~t3구간에서의 근사 회로도이다.
도 10c는 도 8의 회로를 도 9의 파형으로 구동할 때 도 9의 t3~t4구간에서의 근사 회로도이다.
도 10d는 도 8의 회로를 도 9의 파형으로 구동할 때 도 9의 t4~t5구간에서의 근사 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1...플라즈마 디스플레이 패널, 10...앞쪽 글라스 기판,
11...유전층, 12...일산화마그네슘층,
13...뒤쪽 글라스 기판, 14...방전 공간,
16...형광층, 17...격벽,
X1, ...Xn...X 전극 라인, Y1, ...Yn...Y 전극 라인,
AR1, AG1, ..., AGm, ABm...어드레스 전극 라인,
SF1...단위 서브-필드, A1...어드레스 주기,
S1...디스플레이 방전 주기, 7...XY 공통 구동부,
SW1, SW2, SW3, SW4...스위칭 소자, CS...커패시터,
L, 53...인덕터, Css...에너지 저장용 커패시터,
Cp...패널의 부하 용량, Vs...방전유지전압,
51...전력회수 스위칭부, 52...과전압 방지 클램핑부,
54...에너지 저장부, 55...보조회로,
110...전력회수 구동부, 130...방전유지전압 스위칭부,
DP1, DP2...전력회수용 다이오드, DC1, DC2...과전압 방지용 다이오드

Claims (6)

  1. 뒤쪽 기판의 앞면에 서로 평행하게 정열된 어드레스 전극 라인들; 및 앞쪽 기판의 뒷면에서 상기 어드레스 전극 라인들과 직교하게 정열된 Y 전극 라인들과 X 전극 라인들을 포함한 플라즈마 디스플레이 패널에 대하여, 상기 Y 전극 라인들과 X 전극 라인들 사이에 교류 펄스의 전압을 인가하여 선택된 방전셀들에서 디스플레이 방전을 일으키게 하고, 상기 교류 펄스의 하강 시점에서 상기 방전셀에 남아있는 전하들을 소집하여 상기 교류 펄스의 상승 시점에서 소집된 전하들을 인가하는 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치에 있어서,
    방전유지전압을 인가하는 전압원을, 상기 플라즈마 디스플레이 패널의 앞쪽 기판에 정열된 전극 라인들에 접속시키는 방전유지전압 스위칭부와;
    상기 전극 라인들과 인덕터를 통하여 접속되고, 상기 방전유지전압 스위칭부와 상기 인덕터를 통하여 접속노드에서 결합된 제1 및 제2 다이오드와, 상기 제1 다이오드와 직렬 접속된 제1 스위칭 소자와 상기 제2 다이오드와 직렬 접속된 제2 스위칭 소자에 의하여, 상기 방전셀에 남아있는 전하들의 소집 및 상기 소집된 전하들의 인가를 결정하는 전력회수 구동부와;
    상기 전력회수 구동부의 제1 및 제2 스위칭 소자 사이에 접속되어 상기 제1 및 제2 스위칭 소자의 스위칭에 따라, 상기 전력회수 구동부에서 소집하는 전하들을 축적하고, 상기 축적된 전하들을 방출하는 에너지 저장부와;
    상기 전력회수 구동부의 상기 제1 스위칭 소자와 제1 다이오드간의 제1 노드와, 상기 제2 스위칭 소자와 제2 다이오드간의 제2 노드와의 사이에서, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이의 노드간 전압을 양단간의 평시 전압으로 유도하는 보조회로를 구비하는 것을 특징으로 하는, 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조회로는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드간에 커패시터를 구비하여 상기 노드간 전압을 저장하고 공급함으로써, 상기 인덕터의 프리휠링 전류에 의한 에너지 소비를 줄이는 것을 특징으로 하는, 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보조회로는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드간에 상기 커패시터와 직렬로 접속된 저항을 더 구비하여, 상기 인덕터의 프리휠링 전류에 의한 에너지 소비를 줄이는 것을 특징으로 하는, 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보조회로의 저항은 10 내지 1000 오옴의 저항치를 가지는 것을 특징으로 하는, 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방전유지전압 스위칭부는,
    상기 방전유지전압의 전압원과 접속되어 상기 방전유지전압의 인가시에 스위칭 온되는 제3 스위칭 소자와 스위칭 오프되는 제4 스위칭 소자를 구비하고, 상기 제3 스위칭 소자와 상기 제4 스위칭 소자와의 사이에는 상기 플라즈마 디스플레이 패널의 앞쪽 기판에 정열된 전극 라인들 및 상기 인덕터가 공통으로 결합되며, 상기 제4 스위칭 소자는 접지전위에 접속되고, 상기 인덕터의 타단은 상기 전력회수 구동부의 제1 및 제2 다이오드간 접속노드에 접속되는 것을 특징으로 하는, 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전력회수 구동부의 제1 및 제2 다이오드간 접속노드와 상기 제3 스위치 사이, 및 상기 전력회수 구동부의 제1 및 제2 다이오드간 접속노드와 상기 제4 스위치 사이에는, 각각 과전압방지용 다이오드로 이루어진 클램핑부가 접속되는 것을 특징으로 하는, 에너지 재생 회로를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치.
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KR101143608B1 (ko) * 2006-04-20 2012-05-11 페어차일드코리아반도체 주식회사 플라즈마 디스플레이 패널의 에너지회수 및 방전유지를위한 파워모듈

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