KR20050071859A

KR20050071859A - 싱글 스테이지 백라이트 인버터 및 그 구동방법

Info

Publication number: KR20050071859A
Application number: KR1020040000232A
Authority: KR
Inventors: 전형준; 민병운; 김현진
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2004-01-05
Filing date: 2004-01-05
Publication date: 2005-07-08
Also published as: CN1638597A; US6930898B2; TW200523836A; KR100616538B1; TWI262463B; US20050146907A1; CN100553399C

Abstract

본 발명은 냉음극 형광램프의 구동을 위한 파워스위치의 스위칭 신호를 위상 시프트시켜 동작시간의 비율을 조절할 수 있는 영전압(Zero-Voltage) 스위칭을 구현한 싱글 스테이지 백라이트 인버터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 사전에 설정된 삼각파 발진신호(Sk)와 클럭신호(Cs) 및 반전된 클럭신호(Cr)를 생성하는 메인 발진부(210); 상기 삼각파 발진신호(Sk)의 중간 레벨로 제2 기준전압(Vref2)이 설정되고, 상기 제2 기준전압(Vref2)을 중심으로 상하 대칭으로 설정된 제1 설정전압(Vo) 및 제2 설정전압(2Vref2-Vo)이 설정되며, 상기 삼각파 발진신호(Sk)와 제1 설정전압(Vo)을 비교하여 제1 구동 제어신호(Sh)를 생성하고, 상기 삼각파 발진신호(Sk)와 제2 설정전압(2Vref2-Vo)을 비교하여 제2 구동 제어신호(Sg)를 생성하는 출력 구동 제어부(230); 상기 출력 구동 제어부(230)의 제1 구동 제어신호(Sh)에 따라 한쌍의 제1 스위칭신호(Sc,Sd)를 출력하는 제1 출력부(240); 및 상기 출력 구동 제어부(230)의 제2 구동 제어신호(Sg)에 따라 한쌍의 제2 스위칭신호(Sf,Se)를 출력하는 제2 출력부(250)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

싱글 스테이지 백라이트 인버터 및 그 구동방법{SINGLE STAGE BACK-LIGHT INVERTER, AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 TFT-LCD의 패널용으로 적용되는 냉음극 형광램프(CCFL)의 구동을 제어하는 싱글 스테이지 백라이트 인버터에 관한 것으로, 특히 냉음극 형광램프의 구동을 위한 파워스위치의 스위칭 신호를 위상 시프트시켜 동작시간의 비율을 조절할 수 있는 영전압(zero- voltage) 스위칭을 구현함으로써, 파워 스위치에 가해지는 스트레스(stress)를 줄일 수 있고, 램프 구동을 용이하게 제어할 수 있으며, 스위칭 제어회로를 IC화하여 간소화할 수 있는 싱글 스테이지 백라이트 인버터 및 구 구동방법에 관한 것이다.

일반적으로, TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display)의 패널용으로 적용되는 냉음극 형광램프(CCFL;cold cathode fluorescent lamp)는 낮은 전류로 동작하여 저소비전력, 저발열, 고휘도 및 장수명 등의 장점을 이용하여 최근 액정 디스플레이(TFT-LCD) 등의 컴퓨터 모니터의 백 라이트(Back light), 복사기기의 화면 표시기 등, 각종 표시기기에 이용되고 있다. 이러한 냉음극 형광램프를 점등하기 위해서는 1KV-2KV의 높은 AC 전압이 요구되며, 이러한 높은 AC 전압을 제공하기 위해 인버터가 사용된다.

또한, 상기 인버터에 있어서, 하나의 구동부에 의해 하나의 트랜스가 구동되는 싱글 타입(또는 싱글 스테이지 타입)과, 하나의 구동부에 2개의 트랜스가 쌍으로 구동되는 더블 타입(또는 투 스테이지 타입)이 있다.

도 1은 종래의 백라이트 인버터의 구성도이다.

도 1에 도시된 종래 백라이트 인버터는 투 스테이지 백라이트 인버터로서, 이는 대략 5-30V 범위내의 임의의 직류(DC) 전압을 PWM 신호에 따라 구형파 전압으로 변환하는 스위칭부(11)와, 상기 스위칭부(11)의 출력전압을 반파 정류하는 정류부(12)와, 자기-발진(Self-Oscillating) 기능을 포함하여, 상기 정류부(12)의 출력전압을 교류(AC) 전압으로 변환하는 트랜스 구동부(13)와, 상기 트랜스 구동부(13)의 교류 전압을 램프동작에 필요한 대략 1-2KV 정도의 전압으로 승압하는 트랜스부(14)와, 상기 트랜스부(14)에 연결되어 점등 및 소등되는 램프(15)와, 상기 램프(15)에 흐르는 전류에 해당되는 전압을 검출하는 피드백전압 검출부(16)와, 상기 피드백전압 검출부(16)에 의해 검출된 전압에 따라 상기 스위칭부(11)에 PWM 신호를 제공하여 상기 구형파의 듀티비를 조절하는 디밍 제어부(17)로 이루어지며, 상기 트랜스 구동부(13)는 회로구성에 따라 다양한 구동방식이 적용될 수 있다.

이와 같은 종래의 투 스테이지 백라이트 인버터에서는, 냉음극 형광램프(CCFL)를 구동하기 위해서 자기-발진(Self-Oscillating) 회로를 통해 직접 냉음극 형광램프(CCFL)를 구동시켜서 트랜스를 구동하기 위한 교류를 생성한다.

그러나, 이러한 종래의 투 스테이지 백라이트 인버터는 냉음극 형광램프(CCFL)를 구동하는 경우에, 트랜스에 교류를 인가하기 위해서 벅 컨버터(Buck Converter)와 자기 발진(Self-Oscillating) 회로 등의 복잡한 회로들이 필요하므로, 이러한 회로들의 어플리케이션을 위한 비용이 증가하게 되고, 또한 제어 회로도 복잡하여 사이즈를 줄이는데 한계가 있으므로, 하나의 IC에 내장하기도 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 냉음극 형광램프의 구동을 위한 파워스위치의 스위칭 신호를 위상 시프트시켜 동작시간의 비율을 조절할 수 있는 영전압(zero- voltage) 스위칭을 구현함으로써, 파워 스위치에 가해지는 스트레스(stress)를 줄일 수 있고, 램프 구동을 용이하게 제어할 수 있으며, 스위칭 제어회로를 IC화하여 간소화할 수 있는 싱글 스테이지 백라이트 인버터 및 그 구동방법을 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 싱글 스테이지 백라이트 인버터는

사전에 설정된 PWM 발진신호를 이용하여, 하나의 트랜스로 하나의 램프를 구동시키는 싱글 스테이지 백라이트 인버터에 있어서,

사전에 설정된 삼각파 발진신호와 클럭신호 및 반전된 클럭신호를 생성하는 메인 발진부;

상기 삼각파 발진신호의 중간 레벨로 제2 기준전압이 설정되고, 상기 제2 기준전압과 상기 삼각파 발진신호의 최저 레벨과의 사이의 레벨로 제1 설정전압이 설정되며, 상기 삼각파 발진신호와 제1 설정전압을 비교하여 제1 구동 제어신호를 생성하고, 상기 제2 기준전압과 상기 삼각파 발진신호의 최고 레벨과의 사이의 레벨로 제2 설정전압이 설정되며, 상기 삼각파 발진신호와 제2 설정전압을 비교하여 상기 제1 구동 제어신호와 서로 다른 스위칭 온시간을 갖는 제2 구동 제어신호를 생성하는 출력 구동 제어부;

상기 출력 구동 제어부의 제1 구동 제어신호에 따라 서로 사전에 설정된 데드시간을 갖는 한쌍의 제1 스위칭신호를 출력하는 제1 출력부; 및

상기 출력 구동 제어부의 제2 구동 제어신호에 따라 서로 사전에 설정된 데드신간을 갖는 한쌍의 제2 스위칭신호를 출력하는 제2 출력부

를 구비하는 것을 특징으로 하는 싱글 스테이지 백라이트 인버터.

상기 출력 구동 제어부는

상기 상기 램프로부터 검출된 검출전압을 입력받는 반전단과 내부에 설정된 제1 기준전압을 입력받는 비반전단을 갖고, 상기 검출전압을 적분하여 제1 설정전압(Vo)을 출력하는 제1 적분부;

상기 PWM 디밍전압을 입력받는 비반전단과 상기 PWM 발진신호를 입력받는 반전단을 갖고, 상기 PWM 디밍전압과 상기 PWM 발진신호를 비교하는 제2 비교부;

상기 제2 비교부의 출력에 따라, 상기 제1 적분부의 출력단과 접지와의 접속/분리를 스위칭하는 스위치;

상기 삼각파 발진신호, 내부에 설정된 제2 기준전압, 상기 제1 적분부의 출력전압 및 클럭신호에 따라 제1 구동 제어신호를 생성하는 로직 구동부; 및

상기 삼각파 발진신호, 상기 제2 기준전압, 상기 제1 적분부의 출력전압 및 반전된 클럭신호에 따라 제2 구동 제어신호를 생성하는 위상 시프트 구동부

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 백라이트 인버터의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 싱글 스테이지 백라이트 인버터는 사전에 설정된 PWM 발진신호(Sq)를 이용하여, 하나의 트랜스(270)로 하나의 램프(280)를 구동시키는 싱글 스테이지 백라이트 인버터로서, 이는 사전에 설정된 삼각파 발진신호(Sk)와 클럭신호(Cs) 및 반전된 클럭신호(Cr)를 생성하는 메인 발진부(210)와, 상기 삼각파 발진신호(Sk)의 중간 레벨로 제2 기준전압(Vref2)이 설정되고, 상기 제2 기준전압(Vref2)과 상기 삼각파 발진신호(Sk)의 최저 레벨과의 사이의 레벨로 제1 설정전압(Vo)이 설정되며, 상기 삼각파 발진신호(Sk)와 제1 설정전압(Vo)을 비교하여 제1 구동 제어신호(Sh)를 생성하고, 상기 제2 기준전압(Vref2)과 상기 삼각파 발진신호(Sk)의 최고 레벨과의 사이의 레벨로 제2 설정전압(2Vref2-Vo)이 설정되며, 상기 삼각파 발진신호(Sk)와 제2 설정전압(2Vref2-Vo)을 비교하여 상기 제1 구동 제어신호와 서로 다른 스위칭 온시간을 갖는 제2 구동 제어신호(Sg)를 생성하는 출력 구동 제어부(230)와, 상기 출력 구동 제어부(230)의 제1 구동 제어신호(Sh)에 따라 서로 사전에 설정된 데드시간을 갖는 한쌍의 제1 스위칭신호(Sc,Sd)를 출력하는 제1 출력부(240)와, 상기 출력 구동 제어부(230)의 제2 구동 제어신호(Sg)에 따라 서로 사전에 설정된 데드신간을 갖는 한쌍의 제2 스위칭신호(Sf,Se)를 출력하는 제2 출력부(250)를 포함한다.

또한, 상기 본 발명의 싱글 스테이지 백라이트 인버터는 사전에 설정된 PWM 발진신호(Sq)를 생성하는 PWM 발진부(220)와, 상기 제1 출력부(240)의 한쌍의 제1 스위칭신호(Sc,Sd)와, 상기 제2 출력부(250)의 한쌍의 제2 스위칭신호(Sf,Se)에 따라 온/오프 스위칭 동작하여 상기 트랜스(270)에 교류 구동신호를 공급하는 스위칭부(260)와, 상기 램프(280)에 흐르는 전류를 검출하여 검출전압(Vfd)을 상기 출력 구동 제어부(230)에 공급하는 피드백 검출부(290)를 포함한다.

상기 스위칭부(260)는 상기 제1 출력부(240)의 한쌍의 제1 스위칭신호(Sc,Sd)에 의해 스위칭 동작하는 제1,제2 파워스위치(D1,D2)와, 상기 제2 출력부(250)의 한쌍의 제2 스위칭신호(Sf,Se)에 의해 스위칭 동작하는 제3,제4 파워스위치(D3,D4)를 포함하여, 상기 파워스위치(D1-D4)의 온/오프 스위칭 동작에 따라 상기 트랜스(270)에 교류 구동신호를 공급하도록 이루어진다.

도 3은 도 2의 출력 구동 제어부의 구성도이다.

도 3을 참조하면, 상기 출력 구동 제어부(230)는 상기 램프로부터 검출된 검출전압(Vfd)을 입력받는 반전단과 내부에 설정된 제1 기준전압(Vref1)을 입력받는 비반전단을 갖고, 상기 검출전압(Vfd)을 적분하여 제1 설정전압(Vo)을 출력하는 제1 적분부(231)와, 상기 PWM 디밍전압(Vdim)을 입력받는 비반전단과 상기 PWM 발진신호(Sq)를 입력받는 반전단을 갖고, 상기 PWM 디밍전압(Vdim)과 상기 PWM 발진신호(Sq)를 비교하는 제2 비교부(232)와, 상기 제2 비교부(232)의 출력에 따라, 상기 제1 적분부(231)의 출력단과 접지와의 접속/분리를 스위칭하는 스위치(233)와, 상기 삼각파 발진신호(Sk), 내부에 설정된 제2 기준전압(Vref2), 상기 제1 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo) 및 클럭신호(Cs)에 따라 제1 구동 제어신호(Sh)를 생성하는 로직 구동부(234)와, 상기 삼각파 발진신호(Sk), 상기 제2 기준전압(Vref), 상기 제1 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo) 및 반전된 클럭신호(Cr)에 따라 제2 구동 제어신호(Sg)를 생성하는 위상 시프트 구동부(235)를 포함한다.

상기 제2 기준전압(Vref2)은 상기 삼각파 발진신호(Sk)의 중간 레벨로 설정되고, 또한, 상기 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)은 상기 제2 기준전압(Vref2)과 상기 삼각파 발진신호(Sk)의 최저 레벨 사이의 대략 중간 레벨로 설정된다.

도 4는 도 3의 로직 구동부의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 상기 로직 구동부(234)는 상기 삼각파 발진신호(Sk)를 입력받는 반전단과 상기 제1 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)을 입력받는 비반전단을 갖고, 상기 삼각파 발진신호(Sk)와 상기 제1 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)을 비교하는 는 제1 비교기(COMP11)와, 상기 삼각파 발진신호(Sk)를 입력받는 반전단과 상기 제2 기준전압(Vref)을 입력받는 비반전단을 갖고, 상기 삼각파 발진신호(Sk)와 상기 제2 기준전압(Vref)을 비교하는 제2 비교기(COMP12)와, 상기 제1 비교기(COMP11)의 출력신호와 상기 제2 비교기(COMP12)의 출력신호 및 클럭신호(Cs)를 부정 논리곱하여 상기 제1 구동 제어신호(Sh)를 출력하는 낸드 연산기(Nand1)를 포함한다.

도 5는 도 3의 위상 시프트 구동부의 구성도이다.

도 5를 참조하면, 상기 위상 시프트 구동부(235)는 상기 삼각파 발진신호(Sk)를 입력받는 비반전단과 상기 제2 기준전압(Vref2)을 입력받는 반전단을 갖고, 상기 삼각파 발진신호(Sk)와 상기 제2 기준전압(Vref)을 비교하는 제1 비교기(COMP21)와, 상기 제2 기준전압(Vref)을 입력받는 비반전단과 상기 제1 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)을 입력받는 반전단을 갖고, 상기 제2 기준전압(Vref)의 2배된 전압(2Vref)에서 상기 제1 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)을 감산하여 제2 설정전압(2Vref2-Vo)를 출력하는 감산기(SUB)와, 상기 삼각파 발진신호(Sk)를 입력받는 비반전단과 상기 감산기(SUB)의 출력신호를 입력받는 반전단을 갖고, 상기 삼각파 발진신호(Sk)와 상기 감산기(SUB)의 출력신호를 비교하는 제2 비교기(COMP22)와, 상기 제1 비교기(COMP21)의 출력신호, 상기 제2 비교기(COMP22)의 출력신호 및 클럭신호(Cr)를 부정 논리곱하는 낸드 연산기(Nand2)를 포함한다.

한편, 상기 감산기(SUB)의 제2 설정전압(2Vref2-Vo)은 상기 제2 기준전압(Vref2)과 상기 삼각파 발진신호(Sk)의 최고 레벨 사이의 대략 중간 레벨로 설정되고, 또한, 상기 감산기(SUB)의 제2 설정전압(2Vref2-Vo)은 상기 제2 기준전압(Vref2)을 중심으로 상기 제1 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)과 대칭되는 레벨로 설정된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 메인 발진부(210), PWM 발진부(220), 출력 구동 제어부(230), 제1 출력부(240) 및 제2 출력부(250)는 하나의 집적회로(IC)로 구현될 수 있다.

도 6은 본 발명의 주요신호에 대한 타이밍 챠트로서, Sk는 삼각파 발진신호이고, Vref2는 제2 기준전압이고, Vo는 제1 적분부(231)의 출력전압이고, Cs 및 Cr는 클럭신호 및 반전된 클럭신호이고, S16 및 S17은 로직 구동부(234)의 내부 신호이고, Sh는 제1 구동 제어신호이이다. 그리고, S12,S13은 위상 시프트 구동부(235)의 내부신호이고, Sg는 제2 구동 제어신호이다.

도 7은 본 발명의 스위칭 신호에 대한 타이밍 챠트로서, Sh는 제1 구동 제어신호이고, Sc,Sd는 상기 제1 구동 제어신호(Sh)에 의해 생성되는 한쌍의 제1 스위칭신호이고, Sg는 제2 구동 제어신호이고, Se,Sf는 상기 제2 구동 제어신호(Sg)에 의해 생성되는 한쌍의 제2 스위칭신호이다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

본 발명은 TFT-LCD의 패널용으로 적용되는 냉음극 형광램프(CCFL)의 구동을 제어하는 싱글 스테이지 백라이트 인버터에서, 냉음극 형광램프의 구동을 위한 파워스위치의 스위칭 신호를 위상 시프트시켜 동작시간의 비율을 조절할 수 있는 영전압(zero- voltage) 스위칭을 구현한 것으로, 이에 대해서 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명한다.

도 2 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 싱글 스테이지 백라이트 인버터에서, 메인 발진부(210)는 사전에 설정된 대략 100KHz의 삼각파 발진신호(Sk)와 클럭신호(Cs) 및 반전된 클럭신호(Cr)를 생성하고, PWM 발진부(220)는 사전에 설정된 대략 200Hz의 PWM 발진신호(Sq)를 생성한다(S81).

본 발명의 출력 구동 제어부(230)는 상기 삼각파 발진신호(Sk), 클럭신호(Cs), PWM 발진신호(Sq)에 기초해서 제1 구동 제어신호(Sh)를 생성하고, 상기 삼각파 발진신호(Sk), 반전된 클럭신호(Cr), 상기 PWM 발진신호(Sq), 외부로부터의 PWM 디밍전압(Vdim) 및 검출전압(Vfd)에 기초해서 상기 제1 구동 제어신호와 서로 다른 스위칭 온시간을 갖는 제2 구동 제어신호(Sg)를 생성한다(S82-S84).

여기서, 상기 제1 구동 제어신호(Sh)는 삼각파 발진신호의 중앙레벨을 중심으로 위쪽 또는 아래쪽 위상중 어느 한쪽 위상에서 온시간을 갖는 신호이고, 상기 제2 구동 제어신호(Sg)는 상기 제1 구동 제어신호(Sh)의 위상과 반대쪽의 위상에서 온시간을 갖는 신호이다. 또한, 상기 PWM 발진신호(Sq)와 PWM 디밍전압(Vdim)은 밝기 조절을 위해 사용된다.

도 2 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 출력부(240)는 상기 출력 구동 제어부(230)의 제1 구동 제어신호(Sh)에 따라 서로 사전에 설정된 데드시간을 갖는 한쌍의 제1 스위칭신호(Sc,Sd)를 출력하고, 또한, 본 발명의 제2 출력부(250)는 상기 출력 구동 제어부(230)의 제2 구동 제어신호(Sg)에 따라 서로 사전에 설정된 데드신간을 갖는 한쌍의 제2 스위칭신호(Sf,Se)를 출력한다(S85).

이후, 본 발명의 스위칭부(260)는 상기 제1 출력부(240)의 한쌍의 제1 스위칭신호(Sc,Sd)와, 상기 제2 출력부(250)의 한쌍의 제2 스위칭신호(Sf,Se)에 따라 온/오프 스위칭 동작하여 상기 트랜스(270)에 교류 구동신호를 공급한다(S86,S87).

또한, 도 2를 참조하여 상기 스위칭부(260)에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 스위칭부(260)는 제1,제2 파워스위치(D1,D2)와, 제3,제4 파워스위치(D3,D4)를 포함하여 H-브리지 타입으로 이루어져 있는데, 상기 제1,제2 파워스위치(D1,D2)는 상기 제1 출력부(240)의 한쌍의 제1 스위칭신호(Sc,Sd)에 의해 스위칭 동작하고, 상기 제3,제4 파워스위치(D3,D4)는 상기 제2 출력부(250)의 한쌍의 제2 스위칭신호(Sf,Se)에 의해 스위칭 동작한다. 즉, 상기 스위칭부(260)의 파워스위치중 D1,D4가 동시에 온되어 어느 한 방향으로 전류를 흐르게 하고, 또는 상기 스위칭부(260)의 파워스위치중 D2,D3이 동시에 온되어 다른 방향으로 전류를 흐르게 하며, 이러한 동작에 의해서, 상기 트랜스(270)에 교류 구동신호를 공급한다.

상기 트랜스(270)는 상기 교류 구동신호를 승압하여 램프(280)에 공급하면, 상기 램프에 전류가 흘려서 상기 램프(280)가 동작하게 된다.

이와 같이 상기 램프(280)가 동작중에는 램프(280)에 적정한 전류가 흐르게 되는데, 본 발명의 피드백 검출부(290)는 상기 램프(280)에 흐르는 전류를 검출하여 검출전압(Vfd)을 상기 출력 구동 제어부(230)에 공급한다.

이하, 도 3을 참조하여 상기 출력 구동 제어부(230)에 대한 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 냉음극 형광램프(CCFL)의 피드백 검출전압(Vfd)은 피드백 검출부(290)를 통해 출력 구동 제어부(230)로 인가되고, 상기 출력 구동 제어부(230)의 제1 적분부(231)는 상기 검출전압(Vfd)을 입력받는 반전단과 내부에 설정된 제1 기준전압(Vref1)을 입력받는 비반전단을 갖고, 상기 검출전압(Vfd)을 적분하는데, 상기 적분부(231)에서 출력되는 전압(Vo)은 도 6에 도시한 바와 같이 제2 기준전압(Vref2)보다 낮게 설정되며, 한편, 커패시터(Cc)에 적분되는 전류의 양을 조절될 수 있다.

그 다음, 상기 출력 구동 제어부(230)의 제2 비교부(232)는 상기 PWM 디밍전압(Vdim)을 입력받는 비반전단과 상기 PWM 발진신호(Sq)를 입력받는 반전단을 갖고, 상기 PWM 디밍전압(Vdim)과 상기 PWM 발진신호(Sq)를 비교하고, 그 다음, 상기 출력 구동 제어부(230)의 스위치(233)는 상기 제2 비교부(232)의 출력에 따라, 상기 제1 적분부(231)의 출력단과 접지와의 접속/분리를 스위칭하여 피드백량이 조절되는데, 즉, 상기 위상 시프트 스위치(233)에 의해서 로직 구동부(234)에서의 피드백 검출전압의 양이 조절된다.

예를 들면, 상기 적분부(231)의 출력이 상기 PWM 디밍전압(Vdim)에 의해 조절되므로, 상기 PWM 디밍전압(Vdim)을 통해서 상기 적분부(231)의 출력이 로우(Low)상태로 조절될 수도 있다.

그 다음, 상기 출력 구동 제어부(230)의 로직 구동부(234)는 상기 삼각파 발진신호(Sk), 내부에 설정된 제2 기준전압(Vref2), 상기 제1 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo) 및 클럭신호(Cs)에 따라 도 6에 도시한 바와 같은 제1 구동 제어신호(Sh)를 생성한다.

그 다음, 상기 출력 구동 제어부(230)의 위상 시프트 구동부(235)는 상기 삼각파 발진신호(Sk), 상기 제2 기준전압(Vref), 상기 제1 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo) 및 반전된 클럭신호(Cr)에 따라 도 6에 도시한 바와 같은 제2 구동 제어신호(Sg)를 생성한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 삼각파 발진신호(Sk)는 대략 100KHz의 일정레벨을 갖는데, 내부에서 설정되는 제2 기준전압(Vref2)은 상기 삼각파 발진신호(Sk)의 중간 레벨로 설정되며, 이때, 상기 제1 구동 제어신호(Sh)는 상기 삼각파 발진신호(Sk)가 상기 제2 기준전압(Vref2)보다 낮은 위상에서 생성되고, 상기 제2 구동 제어신호(Sg)는 상기 삼각파 발진신호(Sk)가 상기 제2 기준전압(Vref2)보다 높은 위상에서 생성되므로, 상기 제1 구동 제어신호(Sh)와 제2 구동 제어신호(Sg)는 서로 위상이 다르게 생성된다.

도 4 및 도 6을 참조하여 상기 로직 구동부(234)에 대한 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 4를 참조하면, 상기 로직 구동부(234)의 제1 비교기(COMP11)는 상기 삼각파 발진신호(Sk)를 입력받는 반전단과 상기 제1 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)을 입력받는 비반전단을 갖고, 상기 삼각파 발진신호(Sk)와 상기 제1 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)을 비교하여 도 6에 도시된 S16신호를 출력한다. 그리고, 상기 로직 구동부(234)의 제2 비교기(COMP12)는 상기 삼각파 발진신호(Sk)를 입력받는 반전단과 상기 제2 기준전압(Vref)을 입력받는 비반전단을 갖고, 상기 삼각파 발진신호(Sk)와 상기 제2 기준전압(Vref)을 비교하여 도 6에 도시된 S17을 출력한다.

그 다음, 상기 로직 구동부(234)의 낸드 연산기(Nand1)는 상기 제1 비교기(COMP11)의 출력신호(S16)와 상기 제2 비교기(COMP12)의 출력신호(S17) 및 클럭신호(Cs)를 부정 논리곱하여 상기 제1 구동 제어신호(Sh)를 출력하는데, 이 제1 구동 제어신호(Sh)는 삼각파 발진신호(Sk)가 제2 기준전압(Vref2)보다 낮은 레벨에서 상기 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)에 따라 생성된다.

도 5 및 도 6을 참조하여 상기 위상 시프트 구동부(235)에 대한 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 위상 시프트 구동부(235)의 제1 비교기(COMP21)는 상기 삼각파 발진신호(Sk)를 입력받는 비반전단과 상기 제2 기준전압(Vref2)을 입력받는 반전단을 갖고, 상기 삼각파 발진신호(Sk)와 상기 제2 기준전압(Vref)을 비교하여 도 6에 도시된 S12신호를 출력한다.

그리고, 상기 위상 시프트 구동부(235)의 감산기(SUB)는 상기 제2 기준전압(Vref)을 입력받는 비반전단과 상기 제1 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)을 입력받는 반전단을 갖고, 상기 제2 기준전압(Vref)의 2배된 전압(2Vref)에서 상기 제1 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)을 감산한다. 즉, 상기 감산기(SUB)에서 출력되는 "2Vref2-Vo"전압은 레벨이 시프트되어 상기 제2 기준전압(Vref2)을 중심으로, 상기 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)과 서로 대응되는 전압이다.

상기 위상 시프트 구동부(235)의 제2 비교기(COMP22)는 상기 삼각파 발진신호(Sk)를 입력받는 비반전단과 상기 감산기(SUB)의 출력신호를 입력받는 반전단을 갖고, 상기 삼각파 발진신호(Sk)와 상기 감산기(SUB)의 출력신호를 비교하여 도 6에 도시된 S13신호를 출력한다.

상기 위상 시프트 구동부(235)의 낸드 연산기(Nand2)는 상기 제1 비교기(COMP21)의 출력신호(S12), 상기 제2 비교기(COMP22)의 출력신호(S13) 및 클럭신호(Cr)를 부정 논리곱하여 상기 제2 구동 제어신호(Sg)를 출력하는데, 이 제2 구동 제어신호(Sg)는 삼각파 발진신호(Sk)가 제2 기준전압(Vref2)보다 높은 레벨에서, 상기 감산기(SUB)의 제2 설정전압(2Vref2-Vo)에 따라 생성된다.

이러한 과정에 의하면, 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)을 이용하여 위상 시프트 구동부(235) 및 로직 구동부(234)에서 제1 구동 제어신호(Sh) 및 제2 구동 제어신호(Sg)가 도 6에 도시된 바와 같이 출력되는데, 결과적으로, 상기 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)의 레벨에 따라 제1 구동 제어신호(Sh) 및 제2 구동 제어신호(Sg)의 듀티가 조절될 수 있는데, 만약, 상기 적분부(231)의 제1 설정전압(Vo)의 레벨이 낮아질수록 상기 제1 구동 제어신호(Sh) 및 제2 구동 제어신호(Sg)의 듀티는 증가한다.

한편, 도 2 및 도 7을 참조하면, 상기 한쌍의 제1 스위칭신호(Sc,Sd)간의 데드시간과, 상기 한쌍의 제2 스위칭신호(Sf,Se)의 데드시간에 의해서 상기 스위칭부(260)가 쇼트되지 않고 안전한 스위칭 동작이 이루어진다.

즉, 도 7을 참조하면, 상기 제1 출력부(240)는 상기 제1 구동 제어신호(Sh)로 도 7에 도시한 바와 같은 한쌍의 제1 스위칭신호(Sc,Sd)로 SW1 및 SW2를 On/Off 스위칭하며, 이때, 온/오프가 절환되는 구간에서 동시에 SW1과 SW2가 On되는 것을 방지하기 위해서 데드시간(dead time)을 두게 된다. 이와 마찬가지로, 상기 제2 출력부(250)는 상기 제2 구동 제어신호(Sg)로 도 7에 도시한 바와 같은 한쌍의 제2 스위칭신호(Sf,Sg)로 SW3 및 SW4를 On/Off 스위칭하며, 이때, 온/오프가 절환되는 구간에서 동시에 SW3과 SW4가 온되는 것을 방지하기 위해서 데드시간(dead time)을 두게 된다.

이렇게 하여, 도 2에서 트랜스(270)에 공급되는 교류 전압의 레벨이 반전되는 경우에 영전압 스위칭(zero-voltage switching)이 구현될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 냉음극 형광램프의 구동을 위한 파워스위치의 스위칭 신호를 위상 시프트시켜 동작시간의 비율을 조절할 수 있는 영전압(zero- voltage) 스위칭을 구현함으로써, 파워 스위치에 가해지는 스트레스(stress)를 줄일 수 있고, 램프 구동을 용이하게 제어할 수 있으며, 스위칭 제어회로를 IC화하여 간소화할 수 있는 효과가 있다.

즉, 냉음극 형광램프(CCFL)를 구동하는 경우 파워 스위치의 조합을 통해서 트랜스에 교류를 인가함으로써 벅 컨버터(Buck Converter)와 자기발진(Self-Oscillating)회로를 제거할 수 있기 때문에, 어플리케이션을 구성하는 비용을 절감할 수 있으며 시스템의 부피를 많이 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한 제어 회로가 간단하기 때문에 하나의 IC에 내장하는데 매우 유리하다. 그리고 위상 시프트 디밍(Phase Shift Dimming)과 PWM 디밍을 단순하게 구현할 수 있기 때문에 회로 측면에서 구현하기 쉬우며 넓은 밝기 조절의 범위를 가질 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하므로, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

도 1은 종래의 백라이트 인버터의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 백라이트 인버터의 구성도이다.

도 3은 도 2의 출력 구동 제어부의 구성도이다.

도 4는 도 3의 로직 구동부의 구성도이다.

도 5는 도 3의 위상 시프트 구동부의 구성도이다.

도 6은 본 발명의 주요신호에 대한 타이밍 챠트이다.

도 7은 본 발명의 스위칭 신호에 대한 타이밍챠트이다.

도 8은 본 발명에 다른 싱글 스테이지 백라이트 인버터의 구동방법을 보이는 플로우챠트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

210 : 메인 발진부 220 : PWM 발진부

230 : 출력 구동 제어부 231 : 제1 적분부

232 : 제2 비교부 233 : 스위치

234 : 로직 구동부 235 : 위상 시프트 구동부

240 : 제1 출력부 250 : 제2 출력부

260 : 스위칭부 270 : 트랜스

280 : 램프 290 : 피드백 검출부

Sk : 삼각파 발진신호 Cs,Cr : 클럭신호

Sr : 반전된 클럭신호 Sq : PWM 발진신호

Vdim :PWM 디밍전압 Vfd : 검출전압

Sh : 제1 구동 제어신호 Sg : 제2 구동 제어신호

Sc,Sd : 한쌍의 제1 스위칭신호 Sf,Se : 한쌍의 제2 스위칭신호

Vref1 : 제1 기준전압 Vref2 : 제2 기준전압

Vo : 제1 설정전압 2Vref2-Vo : 제2 설정전압

Claims

사전에 설정된 PWM 발진신호를 이용하여, 하나의 트랜스로 하나의 램프를 구동시키는 싱글 스테이지 백라이트 인버터에 있어서,

사전에 설정된 삼각파 발진신호와 클럭신호 및 반전된 클럭신호를 생성하는 메인 발진부;

상기 삼각파 발진신호의 중간 레벨로 제2 기준전압이 설정되고, 상기 제2 기준전압과 상기 삼각파 발진신호의 최저 레벨과의 사이의 레벨로 제1 설정전압이 설정되며, 상기 삼각파 발진신호와 제1 설정전압을 비교하여 제1 구동 제어신호를 생성하고, 상기 제2 기준전압과 상기 삼각파 발진신호의 최고 레벨과의 사이의 레벨로 제2 설정전압이 설정되며, 상기 삼각파 발진신호와 제2 설정전압을 비교하여 상기 제1 구동 제어신호와 서로 다른 스위칭 온시간을 갖는 제2 구동 제어신호를 생성하는 출력 구동 제어부;

상기 출력 구동 제어부의 제1 구동 제어신호에 따라 서로 사전에 설정된 데드시간을 갖는 한쌍의 제1 스위칭신호를 출력하는 제1 출력부; 및

상기 출력 구동 제어부의 제2 구동 제어신호에 따라 서로 사전에 설정된 데드신간을 갖는 한쌍의 제2 스위칭신호를 출력하는 제2 출력부

를 구비하는 것을 특징으로 하는 싱글 스테이지 백라이트 인버터.
제1항에 있어서, 상기 출력 구동 제어부는

상기 램프로부터 검출된 검출전압을 입력받는 반전단과 내부에 설정된 제1 기준전압을 입력받는 비반전단을 갖고, 상기 검출전압을 적분하여 제1 설정전압을 출력하는 제1 적분부;

상기 PWM 디밍전압을 입력받는 비반전단과 상기 PWM 발진신호를 입력받는 반전단을 갖고, 상기 PWM 디밍전압과 상기 PWM 발진신호를 비교하는 제2 비교부;

상기 제2 비교부의 출력에 따라, 상기 제1 적분부의 출력단과 접지와의 접속/분리를 스위칭하는 스위치;

상기 삼각파 발진신호, 내부에 설정된 제2 기준전압, 상기 제1 적분부의 제1 설정전압 및 클럭신호에 따라 제1 구동 제어신호를 생성하는 로직 구동부; 및

상기 삼각파 발진신호, 상기 제2 기준전압, 상기 제1 적분부의 제1 설정전압 및 반전된 클럭신호에 따라 제2 구동 제어신호를 생성하는 위상 시프트 구동부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 스테이지 백라이트 인버터.
제1항에 있어서, 상기 적분부의 제1 설정전압은

상기 제2 기준전압과 상기 삼각파 발진신호의 최저 레벨 사이의 대략 중간 레벨로 설정되는 것을 특징으로 하는 싱글 스테이지 백라이트 인버터.
제2항에 있어서, 상기 로직 구동부는

상기 삼각파 발진신호를 입력받는 반전단과 상기 제1 적분부의 제1 설정전압을 입력받는 비반전단을 갖고, 상기 삼각파 발진신호와 상기 제1 적분부의 제1 설정전압을 비교하는 는 제1 비교기;

상기 삼각파 발진신호를 입력받는 반전단과 상기 제2 기준전압을 입력받는 비반전단을 갖고, 상기 삼각파 발진신호와 상기 제2 기준전압을 비교하는 제2 비교기;

상기 제1 비교기의 출력신호와 상기 제2 비교기의 출력신호 및 클럭신호를 부정 논리곱하여 상기 제1 구동 제어신호를 출력하는 낸드 연산기

를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 스테이지 백라이트 인버터.
제1항에 있어서, 상기 위상 시프트 구동부는

상기 삼각파 발진신호를 입력받는 비반전단과 상기 제2 기준전압을 입력받는 반전단을 갖고, 상기 삼각파 발진신호와 상기 제2 기준전압을 비교하는 제1 비교기;

상기 제2 기준전압을 입력받는 비반전단과 상기 제1 적분부의 제1 설정전압을 입력받는 반전단을 갖고, 상기 제2 기준전압의 2배된 전압에서 상기 제1 적분부의 제1 설정전압을 감산하여 제2 설정전압를 출력하는 감산기;

상기 삼각파 발진신호를 입력받는 비반전단과 상기 감산기의 출력신호를 입력받는 반전단을 갖고, 상기 삼각파 발진신호와 상기 감산기의 출력신호를 비교하는 제2 비교기; 및

상기 제1 비교기의 출력신호, 상기 제2 비교기의 출력신호 및 클럭신호를 부정 논리곱하는 낸드 연산기

를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 스테이지 백라이트 인버터.
제5항에 있어서, 상기 감산기의 제2 설정전압은

상기 제2 기준전압과 상기 삼각파 발진신호의 최고 레벨 사이의 대략 중간 레벨로 설정되는 것을 특징으로 하는 싱글 스테이지 백라이트 인버터.
제6항에 있어서, 상기 감산기의 제2 설정전압은

상기 제2 기준전압을 중심으로 상기 제1 적분부의 제1 설정전압과 대칭되는 레벨로 설정되는 것을 특징으로 하는 싱글 스테이지 백라이트 인버터.
하나의 트랜스로 하나의 램프를 구동시키는 싱글 스테이지 백라이트 인버터에 있어서,

삼각파 발진신호, 클럭신호 및 반전된 클럭신호를 생성하는 단계;

상기 삼각파 발진신호의 중간 레벨로 제2 기준전압을 설정하는 단계;

상기 제2 기준전압과 삼각파 발진신호의 최저 레벨과의 사이의 레벨로 제1 설정전압을 설정하고, 상기 제2 기준전압과 상기 삼각파 발진신호의 최고 레벨과의 사이의 레벨로 제2 설정전압을 설정하는 단계;

상기 삼각파 발진신호와 제1 설정전압을 비교하여 제1 구동 제어신호를 생성하고, 상기 삼각파 발진신호와 제2 설정전압을 비교하여 제2 구동 제어신호를 생성하는 단계;

상기 제1 구동 제어신호에 따라 서로 사전에 설정된 데드시간을 갖는 한쌍의 제1 스위칭신호를 생성하고, 상기 제2 구동 제어신호에 따라 서로 사전에 설정된 데드신간을 갖는 한쌍의 제2 스위칭신호를 생성하는 단계; 및

상기 제1 스위칭신호 및 제2 스위칭신호에 따른 스위칭 동작으로 상기 램프의 구동신호를 공급하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 스테이지 백라이트 인버터의 구동방법