KR20050084792A - 직류-교류 변환 장치의 병행 운전 시스템 및 그 제어 회로ｉｃ - Google Patents

직류-교류 변환 장치의 병행 운전 시스템 및 그 제어 회로ｉｃ Download PDF

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켄이치 후쿠모토
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Abstract

CCFL 등의 고전압을 필요로 하는 복수개의 부하를 구동하기 위한 복수개의 인버터를 각 부하에 근접해서 배치하고, 또한 동기하여 동상으로 제어한다. 1개의 인버터에 주파수 결정용 콘덴서 및 주파수 결정용 저항이 접속되고, 그 인버터에서 삼각파 신호 및 클록 신호를 생성한다. 이 생성된 삼각파 신호 및 클록 신호를 다른 인버터에 공급하고, 모든 부하를 동기하여 동상으로 제어한다. 또, 기동 시에, 주파수 결정용 저항의 저항치를 실질적으로 작게 하여 주파수를 높게 하고, 복수의 부하를 공통적으로 조기에 상승시킨다.

Description

직류-교류 변환 장치의 병행 운전 시스템 및 그 제어 회로 ＩＣ {DC-AC CONVERTER PARALLEL OPERATION SYSTEM AND CONTROLLER IC THEREOF}
본 발명은, 전기 기기 부속의 전원 어댑터나 배터리 등의 직류 전원으로부터 부하를 구동하기 위한 교류 전압을 생성하는 직류-교류 변환 장치(이하, '인버터' 라고 함)의 병행 운전 시스템 및 그 제어 회로 IC 에 관한 것이다.
노트 퍼스널 컴퓨터의 액정 모니터나 액정 TV 수상기 등의 액정 디스플레이의 백라이트 광원으로서, 냉음극 형광등(CCFL)이 사용되고 있다. 이 CCFL 은, 통상의 열음극 형광등과 거의 마찬가지의 높은 효율과 긴 수명을 가지고 있으며, 열음극 형광등이 가지고 있는 필라멘트를 생략하고 있다.
이 CCFL 을 기동 및 동작시키기 위해서는, 높은 교류 전압을 필요로 한다. 예를 들면, 기동 전압은 약 1000V 이고, 동작 전압은 약 600V 이다. 이 높은 교류 전압을, 인버터를 이용하여, 노트 퍼스널 컴퓨터나 액정 TV 수상기 등의 직류 전원으로부터 발생시킨다.
이전부터, CCFL용 인버터로서, 로이어(Royer) 회로가 일반적으로 사용되고 있다. 이 로이어 회로는, 가포화자화 변압기, 제어 트랜지스터 등으로 구성되며, 가포화자화 변압기의 비선형 투자율, 제어 트랜지스터의 비선형 전류 이득(Gain) 특성에 의하여 자기 발진한다. 로이어 회로 자신은 외부 클록이나 드라이버 회로를 필요로 하지 않는다.
그러나, 로이어 회로는, 기본적으로는 일정 전압 인버터이고, 입력 전압이나 부하 전류가 변화하는 경우에는 일정 출력 전압을 유지할 수 없다. 따라서, 로이어 회로에 전력을 공급하기 위한 레귤레이터를 필요로 한다. 이같은 점으로 인해, 로이어 회로를 이용한 인버터는 소형화가 어렵고, 또, 전력 변환 효율도 낮다.
전력 변환 효율을 높이도록 한 CCFL용 인버터가 제안되고 있다(특개평 10-50489 호 공보 참조). 이 인버터는, 변압기의 1차 권선에 제 1 반도체 스위치를 직렬로 접속하고, 직렬 접속된 제 2 반도체 스위치와 콘덴서를 변압기의 1차 권선에 병렬로 접속하고, 또한, 변압기의 2차 권선에 결합 콘덴서와 부하를 직렬로 접속한다. 그리고, 변압기의 1차측 전류를 제어 회로로 귀환(Feedback)하여 기준 전압과 비교함으로써 제어 신호를 형성하고, 그 제어 신호에 의해 제 1 및 2 반도체 스위치를 온·오프 제어하여, 부하에 소정 교류 전력을 공급하도록 하고 있다.
또, 4 개의 반도체 스위치를 이용하여 풀 브릿지(H 브릿지)형 CCFL용 인버터가 제안되고 있다(미국 특허 제 6259615 호 명세서 참조). 이 인버터에서는, 변압기의 1차 권선에, 공진용 콘덴서를 직렬로 매개하여, H 브릿지의 출력단을 접속하고, 변압기의 2차 권선에 부하를 접속한다. H 브릿지를 구성하는 4 개의 반도체 스위치 중 제 1 쌍의 2 개의 반도체 스위치에 의해 변압기의 1차 권선에 제 1 방향의 전류 경로를 형성하고, 제 2 쌍의 2 개의 반도체 스위치에 의해 변압기의 1차 권선에 제 2 방향의 전류 경로를 형성한다. 그리고, 변압기의 2차 권선에 흐르는 전류를 제어 회로로 귀환하여 기준 전압과 비교함으로써, 고정된 동일 펄스폭으로, 그 펄스의 상대 위치가 제어되는 제어 신호를 생성하고 H 브릿지의 반도체 스위치에 공급하여, 부하로의 공급 전력을 조정하고 있다. 또, 변압기의 2차 권선의 전압을 검출하여 과전압 보호를 하도록 하고 있다.
노트 퍼스널 컴퓨터의 액정 모니터나 액정 TV 수상기 등의 액정 디스플레이의 대화면화에 수반하여, 백라이트 광원으로서 복수의 CCFL 이 분산 배치되도록 되어 있다. 이 경우, 복수의 CCFL 로부터의 빛이 간섭하면 점멸 등의 원인으로 된다. 이 점멸을 피하기 위해, 각 CCFL 을 동기(同期)하여 동상(同相)으로 점등시킬 필요가 있다.
이 때문에, 큰 전력을 출력할 수 있는 인버터를, 예를 들면, 디스크리트(Discrete) 회로로 구성한다. 그리고, 그 인버터로부터의 동상의 교류 전력을 복수의 CCFL 로 공급하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 1 대의 인버터의 출력을 분산하여 배치된 복수의 CCFL 로 공급하려면, 고전압의 배선을 끌고 다니는 것으로 된다. CCFL 로의 고전압의 배선은, 다른 장치에 전자적인 영향을 주기 때문에, 가능한 한 짧은 거리인 것이 좋다. 또, CCFL 의 기생 커패시턴스를 변압기의 인덕턴스와의 공진에 유효하게 이용하기 위해서도, CCFL 로의 배선은 짧은 쪽이 좋다. 이러한 이유 등에 의하여, 각 CCFL 을 제어하기 위한 인버터는 가능한 한 각각의 CCFL 에 근접하여 배치하는 것이 바람직하다.
그러면, 본 발명은, CCFL 등의 고전압을 필요로 하는 복수개의 부하를 구동하기 위한 복수개의 인버터를 각 부하에 근접하여 배치하는 것을 가능하게 하면서, 동기하여 동상으로 제어할 수 있는 인버터 병행 운전 시스템 및 그 제어 회로 IC 를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 인버터의 전체 구성도.
도 2 는 도 1 을 위한 제어 회로 IC 의 내부 구성도.
도 3 은 본 발명의 실시형태에 따른 인버터의 병행 운전 시스템의 전체 도면.
도 4 는 도 3 의 인버터의 병행 운전에 관한 부분의 구성도.
도 5 는 0SC 블록 중 모드 회로의 구성예를 나타내는 도면.
본 발명의 인버터는, 1차 권선과 부하가 접속된 적어도 1개의 2차 권선을 갖는 변압기; 직류 전원으로부터 상기 1차 권선에 제 1 방향 및 제 2 방향으로 교대로 전류를 흐르게 하기 위한 반도체 스위치 회로; 상기 부하에 흐르는 전류를 검출하여 전류 검출 신호를 생성하는 전류 검출 회로; 삼각파 신호 및 이와 동기한 클록 신호를 주파수 결정용 콘덴서 및 주파수 결정용 저항이 접속될 때에 생성하는 발진기 블록; 및 상기 삼각파 신호, 상기 클록 신호 및 상기 전류 검출 신호를 받아, PWM 제어된 스위치 구동 신호를 상기 반도체 스위치 회로에 공급하는 PWM 제어 회로를 각각 갖는 복수 N개의 직류-교류 변환 장치를 구비하고, 상기 복수 N개의 직류-교류 변환 장치 중 1개의 직류-교류 변환 장치에만 상기 주파수 결정용 콘덴서 및 상기 주파수 결정용 저항을 접속하고, 해당 직류-교류 변환 장치의 상기 발진기 블록으로부터 상기 삼각파 신호 및 상기 클록 신호를 발생시키고, 해당 직류-교류 변환 장치로부터 발생한 상기 삼각파 신호 및 상기 클록 신호를 다른 직류-교류 변환 장치에 공급하며, 복수 N개의 직류-교류 변환 장치에서 동일한 상기 삼각파 신호 및 상기 클록 신호를 사용해서 동기하여 동상의 PWM 제어를 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제어 회로 IC 는, 반도체 스위치 회로를 구동하고, 부하에 공급하는 교류 전력을 제어하기 위한 제어 회로 IC 에 있어서, 삼각파 신호 및 이와 동기한 클록 신호를 주파수 결정용 콘덴서 및 주파수 결정용 저항이 접속될 때에 생성하는 발진기 블록; 상기 삼각파 신호, 상기 클록 신호 및 상기 부하에 흐르는 전류를 검출한 전류 검출 신호를 받아, PWM 제어된 스위치 구동 신호를 상기 반도체 스위치 회로에 공급하기 위한 PWM 제어 회로; 상기 주파수 결정용 콘덴서가 접속됨과 함께 상기 삼각파 신호가 생성될 때에 그 출력 단자로 되고, 상기 삼각파 신호가 생성되지 않을 때에 외부로부터의 삼각파 신호의 입력 단자로 되는 제 1 외부 단자; 상기 주파수 결정용 저항이 접속되는 단자로 되는 제 2 외부 단자; 및 상기 클록 신호가 생성될 때에 그 출력 단자로 되고, 상기 클록 신호가 생성되지 않을 때에 외부로부터의 클록 신호의 입력 단자로 되는 제 3 외부 단자를 구비하며, 상기 제 1 외부 단자에 상기 주파수 결정용 콘덴서가 접속되고, 또한, 상기 제 2 외부 단자에 상기 주파수 결정용 저항이 접속될 때에, 상기 삼각파 신호를 상기 제 1 외부 단자로부터 외부에도 출력하고, 상기 클록 신호를 상기 제 3 외부 단자로부터 외부에 출력함과 함께, 상기 외부 단자에 주파수 결정용 저항이 접속되지 않은 때에는, 상기 삼각파 신호를 외부로부터 상기 제 1 외부 단자에 입력하고, 상기 클록 신호를 외부로부터 상기 제 3 외부 단자로 입력하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 발진기 블록에서 발생한 상기 삼각파 신호 및 상기 클록 신호는 동일 주파수이고, 또한 상기 삼각파 신호를 발생시키는 직류-교류 변환 장치에서 상기 클록 신호를 체강(遞降)하는 동기 신호를 발생시키고, 그 동기 신호를 다른 직류-교류 변환 장치에 공급하여, 상기 복수 N개의 직류-교류 변환 장치에서 공통으로 사용한다. 또, 상기 동기 신호는 상기 클록 신호를 2분주(分周)하여 체강한다.
또, 상기 발진기 블록은, 상기 주파수 결정용 저항이 접속되어 있는지 여부를 판정하여 그 판정 결과를 출력하는 모드 회로 및 그 모드 회로로부터의 판정 결과에 따라 동작 또는 부동작이 결정되는 발진 회로를 가진다.
또, 상기 주파수 결정용 콘덴서의 접속점에 상기 삼각파 신호가 생성되거나, 다른 직류-교류 변환 장치로부터의 삼각파 신호가 공급된다.
또, 상기 주파수 결정용 저항의 저항치는 상기 복수 N개의 직류-교류 변환 장치의 기동 시에는 어떤 작은 저항치로 설정되어 있고, 그 후에 보다 큰 저항치로 설정된다.
또, 상기 부하는 냉음극 형광등이다.
본 발명에 의하면, CCFL 등의 고전압을 필요로 하는 복수개의 부하를 구동하기 위한 복수개의 인버터 각각을 각 부하에 근접해서 배치한다. 1개의 인버터에 주파수 결정용 콘덴서 및 주파수 결정용 저항을 접속하고, 그 인버터에서 삼각파 신호 및 클록 신호를 발생시킨다. 이 발생된 삼각파 신호 및 클록 신호를 다른 인버터에 공급하고, 모든 부하를 동기하여 동상으로 제어할 수 있다.
또, 기동 시에, 상기 주파수 결정용 저항의 저항치를 실질적으로 작게 하여 주파수를 높게 하기 때문에, 복수의 부하를 공통적으로 조기에 상승시킬 수 있다.
또, 각 인버터에 동일한 제어 회로 IC 를 이용하여, 그 동일 기능의 소정 단자끼리 공통 접속하고, 주로 이루어진 제어 회로 IC 만으로 발진 동작을 시키기 때문에, 전체 시스템의 구성이 간이하게 된다. 또, 사용된 부하의 수에 제한을 받는 것이 없다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 인버터 병행 운전 시스템에 사용하는, 직류 전원으로부터 부하를 구동하기 위한 교류 전압을 생성하는 인버터 및 그 제어 회로 IC 의 실시형태에 대해 설명한다.
도 1 은 절연 변압기, 풀 브릿지의 스위치 회로를 이용하여 PWM 제어하는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 주파수 변환 장치(100)의 전체 구성을 나타내는 도면이고, 도 2 는 이를 위한 제어 회로 IC(즉, 인버터 제어용 IC: 200)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 1 에 있어서, 제 1 스위치인　P형 MOSFET(이하, PMOS: 101)과 제 2 스위치인 N형 MOSFET(이하, NMOS: 102)에서, 변압기 TR 의 1차 권선(105)으로의 제 1 방향의 전류 경로를 형성한다. 또, 제 3 스위치인　PMOS(103)와 제 4 스위치인 NMOS(104)에서, 변압기 TR 의 1차 권선(105)으로의 제 2 방향의 전류 경로를 형성한다. 이러한 PMOS(101, 103), NMOS(102, 104)는 각각 바디 다이오드(즉, 백게이트 다이오드)를 갖고 있다. 이 바디 다이오드에 의하여, 본래의 전류 경로와 역방향의 전류를 흐르게 할 수 있다. 또한, 바디 다이오드와 동일한 기능을 수행하는 다이오드를 별도로 설치해도 된다.
직류 전원 BAT 의 전원 전압 VCC 가 PMOS(101, 103), NMOS(102, 104)를 통해 변압기 TR 의 1차 권선(105)에 공급되고, 그 2차 권선(106)에 권선화에 따른 고전압이 야기된다. 이 야기된 고전압이 냉음극 형광등 FL 에 공급되어 냉음극 형광등 FL 이 점등한다.
콘덴서(111), 콘덴서(112)는 저항(117), 저항(118)과 함께 냉음극 형광등 FL 에 인가되는 전압을 검출하여 제어 회로 IC(200)로 피드백하는 것이다. 저항(114), 저항(115)은 냉음극 형광등 FL 에 흐르는 전류를 검출하여 제어 회로 IC(200)로 피드백하는 것이다. 또, 콘덴서(111)는 그 커패시턴스와 변압기 TR 의 인덕턴스 성분으로 공진시키기 위한 것이고, 이 공진에는 냉음극 형광등 FL 의 기생 커패시턴스도 기여한다. 113, 116, 119, 120 은 다이오드이다. 또, 151, 152 는 전원 전압 안정용 콘덴서이다.
제어 회로 IC(200)는 복수의 입출력핀을 가지고 있다. 제 1 핀 1P 는 PWM 모드와 간헐 동작(이하, 버스트) 모드의 전환 단자이다. 이 제 1 핀 1P 에는, 외부로부터 이들 모드의 전환 및 버스트 모드 시의 듀티비를 결정하는 듀티 신호 DUTY 가 입력된다. 제 2 핀 2P 는 버스트 모드 발진기(B0SC)의 발진 주파수 설정용 콘덴서를 접속하는 용량 접속 단자이다. 이 제 2 핀 2P 에는, 설정용 콘덴서(131)가 접속되고, 거기에 버스트용 삼각파 신호 BCT 가 발생한다.
제 3 핀 3P 는 PWM 모드 발진기(0SC)의 발진 주파수 설정용 콘덴서를 접속하는 용량 접속 단자이다. 이 제 3 핀 3P 에는 설정용 콘덴서(132)가 접속되며, 거기에 PWM용 삼각파 신호 CT 가 발생한다. 제 4 핀 4P 는 제 3 핀 3P 의 충전 전류를 설정하는 설정 저항 접속 단자이다. 이 제 4 핀 4P 에는 설정용 저항(133)이 접속되고, 그 전위 RT 와 저항치에 따른 전류가 흐른다. 제 5 핀 5P 는 접지 단자이고, 그라운드 전위 GND 에 있다.
제 6 핀 6P 는 제 3 핀 3P 의 충전 전류를 설정하는 설정 저항 접속 단자이다. 이 제 6 핀 6P 에는 설정용 저항(134)이 접속되고, 제어 회로 IC(200)의 내부 회로의 제어에 의하여 이 저항(134)이 설정용 저항(133)에 병렬로 접속되거나 분리된다. 이 제 6 핀 6P 의 전위 SRT 는 그라운드 전위 GND 이거나 제 4 핀 4P 의 전위 RT 로 된다. 제 7 핀 7P 는 타이머 래치를 설정하기 위한 설정 용량 접속 단자이다. 이 제 7 핀 7P 에는 내부 보호 동작용의 동작 시한을 결정하기 위한 콘덴서(135)가 접속되며, 콘덴서(135)의 전하에 따른 전위 SCP가 발생한다.
제 9 핀 9P 는 제 1 오차 증폭기용 입력 단자이다. 이 제 9 핀 9P 에는, 저항(140)을 통해 냉음극 형광등 FL 에 흐르는 전류에 따른 전류 검출 신호(이하, 검출 전류) IS 가 입력된다. 그 검출 전류 IS 가 제 1 오차 증폭기에 입력된다. 제 8 핀 8P 는 제 1 오차 증폭기용 출력 단자이다. 이 제 8 핀 8P 와 제 9 핀 9P 사이에 콘덴서(136)가 접속된다. 제 8 핀 8P 의 전위가 귀환 전압 FB 로 되어, PWM 제어를 위한 제어 전압으로 된다. 이하, 각 전압은, 특별히 언급하지 않는 한, 그라운드 전위를 기준으로 하고 있다.
제 10 핀 10P 는 제 2 오차 증폭기용 입력 단자이다. 이 제 10 핀 10P 에는, 저항(139)을 통해 냉음극 형광등 FL 에 인가되는 전압에 따른 전압 검출 신호(이하, 검출 전압) VS 가 입력된다. 그리고, 그 검출 전압 VS 가 제 2 오차 증폭기에 입력된다. 제 10 핀 10P 에는, 콘덴서(137)가 제 8 핀 8P 와의 사이에 접속된다.
제 11 핀 11P 는 기동 및 기동 시간 설정 단자이다. 이 제 11 핀 11P 에는, 저항(143)과 콘덴서(142)에 의해 기동 신호 ST 가 지연되어 노이즈가 억제된 신호 STB 가 인가된다. 제 12 핀 12P 는 슬로우 스타트(Slow Start) 시간을 설정하기 위한 용량을 접속하는 용량 접속 단자이다. 이 제 12 핀 12P 에는, 콘덴서(141)가 그라운드와의 사이에 접속되며, 기동 시에 서서히 상승하는 슬로우 스타트용 전압 SS 가 발생한다.
제 13 핀 13P 는 동기용 단자이며, 다른 제어 회로 IC 와 협동시키는 경우에 그것과 접속된다. 제 14 핀 14P 는 내부 클록 입출력 단자이며, 다른 제어 회로 IC 와 협동시키는 경우에 그것과 접속된다.
제 15 핀 15P 는 외부 설치 FET 드라이브 회로의 그라운드 단자이다. 제 16 핀 16P 는 NMOS(102)의 게이트 구동 신호 N1 을 출력하는 단자이다. 제 17 핀 17P 는 NMOS(104)의 게이트 구동 신호 N2 를 출력하는 단자이다. 제 18 핀 18P 는 PMOS(103)의 게이트 구동 신호 P2 를 출력하는 단자이다. 제 19 핀 19P 는 PMOS(101)의 게이트 구동 신호 P1 을 출력하는 단자이다. 제 20 핀 20P 는 전원 전압 VCC 를 입력하는 전원 단자이다.
제어 회로 IC(200)의 내부 구성을 나타낸 도 2 에 있어서, 0SC 블록(201)은 제 3 핀 3P 에 접속된 콘덴서(132)와 제 4 핀 4P 에 접속된 저항(133, 134)에 의해 주기가 결정되는 PWM 삼각파 신호 CT 를 생성하여, PWM 비교기(214)에 공급한다. 0SC 블록(201)은 또, 삼각파 신호 CT 에 동기한 내부 클록을 로직 블록(203)에 공급한다.
B0SC 블록(202)은 버스트용 삼각파 신호 발진 회로이고, 제 2 핀 2P 에 접속된 콘덴서(131)에 의해 결정된 버스트용 삼각파 신호 BCT 를 생성한다. 버스트 삼각파용 신호 BCT 의 주파수는 PWM 삼각파 신호 CT 의 주파수보다 현저하게 낮게 설정된다(BCT 주파수 < CT 주파수). 제 1 핀 1P 에 공급된 아날로그(직류 전압)의 듀티 신호 DUTY 와 버스트용 삼각파 신호 BCT 를 비교기(221)에서 비교한다. 이 비교기(221)의 비교 출력으로 오어(Or) 회로(239)를 통해 NPN 트랜지스터(이하, NPN: 234)를 구동한다. 또한, 제 1 핀 1P 에 디지털(PWM 형식)의 듀티 신호 DUTY 가 공급된 경우에는, 제 2 핀 2P 에 저항을 접속하여 B0SC 블록(202)으로부터 버스트용 소정 전압을 발생시킨다.
로직 블록(203)은, PWM 제어 신호 등이 입력되고, 소정 로직에 따라 스위치 구동 신호를 생성한다. 출력 블록(204)은 로직 블록(203)으로부터의 스위치 구동 신호에 따라 게이트 구동 신호 P1, P2, N1, N2를 생성하여 PMOS(101, 103), NMOS(102, 104)의 게이트에 인가한다.
슬로우 스타트 블록(205)은, 기동 신호 ST 가 입력되고, 콘덴서(142), 저항(143)에 의해 부드럽게 상승하는 전압 STB 인　비교기(217)에의 입력이 그 기준 전압 Vref6 을 넘으면, 비교기(217)의 출력에 의해 기동한다. 비교기(217)의 출력은 로직 블록(203)을 구동 가능하게 한다. 또한, 249 는 반전 회로이다. 또, 비교기(217)의 출력에 의해, 오어 회로(243)를 통하여 플립플롭(FF) 회로(242)를 리셋한다. 스타트 블록(205)이 기동하면, 슬로우 스타트 전압 SS 가 서서히 상승하여, PWM 비교기(214)에 비교 입력으로서 입력된다. 따라서, 기동 시에 PWM 제어는, 슬로우 스타트 전압 SS 에 따라서 이루어진다.
또한, 기동 시에 비교기(216)는, 입력이 기준 전압 Vref5 를 넘은 시점에서, 오어 회로(247)를 통해 NMOS(246)를 오프한다. 이로써, 저항(134)을 분리하여 PWM용 삼각파 신호 CT 의 주파수를 변경한다. 또, 오어 회로(247)에는 비교기(213)의 출력도 입력된다.
제 1 오차 증폭기(211)는 냉음극 형광등 FL 의 전류에 비례하는 검출 전류 IS 와 기준 전압 Vref2(예, 1.25V)를 비교하여 그 오차에 따른 출력에 의해 정전류원 I1 에 접속된 NPN(235)을 제어한다. 이 NPN(235)의 콜렉터는 제 8 핀 8P 에 접속되어 있고, 이 접속점(즉, 제 8 핀 8P)의 전위가 귀환 전압 FB 로 되어 PWM 비교기(214)에 비교 입력으로서 입력된다.
PWM 비교기(214)에서는, 삼각파 신호 CT 와, 귀환 전압 FB 또는 슬로우 스타트 전압 SS 중 낮은 쪽의 전압을 비교하여 PWM 제어 신호를 생성하고, 앤드(And) 회로(48)를 통해 로직 블록(203)에 공급한다. 기동 종료 후의 정상 상태에서는, 삼각파 신호 CT 와 귀환 전압 FB 가 비교되어, 설정된 전류가 냉음극 형광등 FL 에 흐르도록 자동적으로 제어된다.
또한, 제 8 핀 8P 와 제 9 핀 9P 사이에는 콘덴서(136)가 접속되어 있기 때문에, 귀환 전압 FB 는 부드럽게 증가 또는 감소한다. 따라서, PWM 제어는 쇼크 없이 원활하게 이루어진다.
제 2 오차 증폭기(212)는 냉음극 형광등 FL 의 전압에 비례하는 검출 전압 VS 와 기준 전압 Vref3(예, 1.25V)를 비교하여 그 오차에 따른 출력에 의해 더블 콜렉터의 한쪽이 정전류원 I1 에 접속된 더블 콜렉터 구조의 NPN(238)을 제어한다. 이 NPN(238)의 콜렉터는 역시 제 8 핀 8P 에 접속되어 있기 때문에, 검출 전압 VS 에 의해서도 귀환 전압 FB 가 제어된다. 따라서, 비교기(212) 및 NPN(238)은 귀환 신호 FB 를 제어하는 귀환 신호 제어 회로를 구성한다.
또한, 귀환 전압 FB 가 기준 전압 Vref1(예, 3V)을 넘으면, PNP 트랜지스터(이하, PNP: 231)가 온으로 되어 귀환 전압 FB 의 과도한 상승을 제한한다.
비교기(215)는, 전원 전압 VCC 를 저항(240, 241)으로 분압한 전압과 기준 전압 Vref7(예, 2.2V)을 비교하고, 전원 전압 VCC 가 소정치에 이른 시점에서 그 출력을 반전하여 오어 회로(243)를 통해 FF 회로(242)를 리셋한다.
비교기(218)는 슬로우 스타트 전압 SS 를 기준 전압 Vref8(예, 2.2V)과 비교하여, 전압 SS 가 커진다면 앤드 회로(244) 및 오어 회로(239)를 통해 NPN(234)을 온으로 한다. NPN(234)의 온에 의하여, 다이오드(232)가 전류원 I2 에 의하여 역바이어스 되어, 그 결과 제 1 오차 증폭기(211)의 통상 동작을 가능하게 한다. 따라서, NPN(234), 다이오드(232) 및 전류원 I2 은 버스트 제어와 펄스폭 제어를 전환하는 제어 모드 전환 회로를 구성하고 있다. 또한, 다이오드(237) 및 PNP(236)는 과전압 제한용이다.
비교기(219)는, 더블 콜렉터의 다른쪽이 정전류원 I3 에 접속된 NPN(238)이 제 2 오차 증폭기(212)에 의해 온으로 되면, 그 콜렉터의 전압이 기준 전압 Vref9(예, 3.0V)보다 저하되어 비교 출력이 반전한다. 비교기(220)는 귀환 전압 FB 를 기준 전압 Vref10(예, 3.0V)과 비교하며, 귀환 전압 FB 가 높아지면 비교 출력이 반전한다. 비교기(219, 220)의 출력 및 비교기(218)의 출력의 반전 신호를 오어 회로(245)를 통해 타이머 블록(206)에 인가하고, 소정 시간을 계측하여 출력한다. 이 타이머 블록(206)의 출력에 의하여 FF(242)를 세트하고, 이 FF 회로(242)의 Q 출력에 의해 로직 블록(203)의 동작을 정지시킨다.
다음으로, 이상과 같이 구성된 인버터의 병행 운전 시스템의 구성 및 동작을 도 3, 도 4 및 도 5 를 참조하여 설명한다. 도 3 은 본 발명의 실시형태에 따른 인버터의 병행 운전 시스템의 전체 도면이다. 도 4 는 도 3 의 인버터의 병행 운전에 관한 부분의 구성도이고, 병렬 운전하는 각 인버터 간의 상호 접속 관계를 나타내는 설명용 회로도이다. 도 5 는 0SC 블록 중 모드 회로의 구성예를 나타내는 도이다.
도 3 과 같이, 복수의 인버터(100A 내지 100N)는 액정 디스플레이의 각처에 배치되어 있는 복수의 냉음극 형광등 FLA 내지 FLN 에 각각 근접해서 설치되어 있으며, 병행 운전된다. 물론, 1개의 인버터로 2개 이상의 냉음극 형광등에 대응시켜도 된다. 이 경우에는, 도 1 의 변압기 TR 의 2차 권선을 복수로 하고, 각각의 2차 권선으부터 냉음극 형광등 FL 로 급전(給電)한다. 또는, 도 1 의 제어 회로 IC(200)에 복수 계통의 PWM 제어 회로부를 설치하고, 복수 계통의 PWM 구동 신호를 출력하도록 해도 된다.
도 4 에 있어서, 각 인버터(100A 내지 100N)의 제어 회로 IC(200A 내지 200N) 전부는 내부 구성이 동일하다. 이하, 대표해서 제어 회로 IC(200A)에 대하여 설명한다.
0SC 블록(201)은 발진 회로(201-1) 및 모드 회로(201-2)를 포함하고 있다. 발진 회로(201-1)는, PWM용 삼각파 신호 CT 를 출력해야 할 제 1 신호선이 외부 단자 3P 에 접속되고, 또 제 2 신호선이 외부 단자 4P 에 접속된다. 또, 발진 회로(201-1)는, PWM용 삼각파 신호 CT 와 동기한 동일 주파수의 클록 신호 S1(즉, CLK)을 출력해야 할 제 3 신호선이 로직 회로(203)와 외부 단자 14P 에 접속된다. 또한, 발진 회로(201-1)에는, 모드 회로(201-2)의 모드 출력 Vmode 가 공급되어, 그 모드 출력 Vmode 의 H 레벨/L 레벨에 따라 발진의 동작/부동작이 제어된다.
모드 회로(201-2)는, 발진 회로(201-1)의 제 2 신호선과 같이, 외부 단자 4P 에 접속된다. 그리고, 모드 회로(201-2)의 모드 출력 Vmode 는 외부 단자 4P 에 주파수 결정용 저항(133) 및 기동 저항(134)이 접속되어 있는 경우에는 H 레벨로 되고, 그렇지 않는 경우에는 L 레벨로 된다. 모드 출력 Vmode 는 발진 회로(201-1) 및 로직 블록(203)에 공급된다.
로직 블록(203)은, 클록 신호 CLK 를 받아, 모드 출력 Vmode 가 H 레벨인 때에 클록 신호 CLK 를 2분주하여 체강하는 동기 신호 S2(즉, TG)를 형성하고, 외부 단자 13P 로 출력한다. 그러나, 모드 출력 Vmode 가 L 레벨인 때에는, 동기 신호 TG 를 형성하지 않는다. 또한, 이 때에는, 로직 블록(203)에는, 외부로부터 클록 신호 CLK 와 함께 동기 신호 TG 가 공급된다. 따라서, 로직 블록(203)에서는 필요한 로직 동작이 이루어진다.
비교기(216)는 외부 단자 11P 의 전위 STB 를 기준 전압 Vref5 와 비교하여, 전위 STB 가 기준 전압 Vref5 에 이를 때까지는 NMOS(246)를 온시키고, 외부 단자 6P 를 그라운드 전위에 고정한다. 그 후, 전위 STB 가 기준 전압 Vref5 를 넘으면, NMOS(246)를 오프시킨다.
비교기(217)는 외부 단자 11P 의 전위 STB 를 기준 전압 Vref6 와 비교하여, 전위 STB 가 기준 전압 Vref6 를 초과해 있는 사이에는, 제어 회로 IC(200A)를 시스템·온 한다. 반대로, 전위 STB 가 기준 전압 Vref6 보다 낮은 사이에는, 제어 회로 IC(200A)를 시스템·오프 한다. 또한, 기준 전압 Vref6 는 기준 전압 Vref5 보다 작게 설정되어 있다.
이와 같이 구성된 제어 회로 IC(200A 내지 200N)에 있어서, 외부 단자 3P, 외부 단자 11P, 외부 단자 13P, 외부 단자 14P 각각은 상호 접속된다.
제어 회로 IC(200A)를 주 제어 회로라고 하면, 제어 회로 IC(200A)의 외부 단자 3P 에 그라운드와의 사이에 주파수 결정용 콘덴서(132)를 접속하고, 그 외부 단자 4P 에 그라운드와의 사이에 주파수 결정용 저항(133)을 접속하며, 그 외부 단자 4P 와 외부 단자 6P 사이에 기동 저항(134)을 접속한다. 또한, 그 외부 단자 11P 에, 콘덴서(142)를 그라운드와의 사이에 접속함과 함께, 저항(143)을 접속하여 기동 신호 ST 를 공급한다. 부 제어 회로 IC 로 된 제어 회로 IC(200B 내지 200N)에는, 이러한 저항(133, 134) 및 콘덴서(132)는 접속되지 않는다.
도 5 는 모드 회로(201-2)의 내부 구성예를 나타내는 도면이다. 이 도 5 에 있어서, PNP Q1, Q2, Q6 내지 Q9, NPN Q3 내지 Q5, Q10 내지 Q13, 콘덴서 C1, 정전류원 I41 내지 I43, 출력 저항 RL 및 모드 검출 설정용 저항(201-3: 저항치는 R2)이 도시된 바와 같이 접속된다. 또, 비교 전압 Vm1 이 NPN Q3 의 베이스에 인가되며, 비교 전압 Vm2 가 PNP Q9 의 베이스에 인가된다.
외부 단자 4P 에 주파수 결정용 저항(133)이 접속되어 있는 경우에는, 모드 출력 Vmode 가 H 레벨로 된다. 또한, 기동 저항(134)은 항상 주파수 결정용 저항(133)과 함께 외부 단자 4P 에 접속되기 때문에, 기동 저항(134)에 관해서는 설명을 생략하고 있다. 이하, 마찬가지이다.
또, 주파수 결정용 저항(133)이 외부 단자 4P 에 접속되어 있지 않은 경우에는, 모드 출력 Vmode 가 L 레벨로 된다. 그러한 모드 출력 Vmode 를 얻을 수 있도록, 이러한 저항치 R2, 비교 전압 Vm1, 비교 전압 Vm2 는 외부 단자 4P 에 접속된 주파수 결정용 저항(133)의 저항치 R1 과의 관계에 있어서 설정된다.
구체적인 예로 나타내면, 주파수 결정용 저항(133)이 접속되어 있는 경우에, 비교 전압 Vm2 < {(저항치 R2/저항치 R1)×비교 전압 Vm1} 의 관계로 되도록 각각의 저항치나 전압치가 설정되어, 모드 출력 Vmode 가 H 레벨로 된다. 주파수 결정용 저항(133)이 접속되지 않은 경우에는, 저항치 R1 이 무한대 ∞ 로 되기 때문에 상기 식의 부등호는 반대로 되어, 모드 출력 Vmode 가 L 레벨로 된다.
이상과 같이 구성되어 있는 인버터의 병행 운전의 동작에 관해 설명한다.
기동 신호 ST 가 H 레벨로 설정되면, 각 제어 회로 IC(200A 내지 200N)의 외부 단자 11P 의 전위 STB 는 콘덴서(142)와 저항(143)으로 정해진 시정수에 따라 상승한다. 전위 STB 가 기준 전압 Vref6 를 초과하면, 비교기(217)의 출력이 H 레벨로부터 L 레벨로 반전하여 각 제어 회로 IC(200A 내지 200N)가 시스템·온 한다. 이 시스템·온에 의하여, 제어 회로 IC 의 모든 회로, 블록에 전원 전압이 공급된다. 또한, 시스템·오프인 경우에는, 기동하기 위한 비교기(217)에는 전원 전압이 공급되고, 다른 회로와 블록에는 전원 전압이 공급되지 않는다. 즉, 대기 상태에 있다.
시스템·온에 의하여 주 제어 회로 IC(200A)의 모드 회로(201-2)는 H 레벨의 모드 출력 Vmode 를 생성한다. 주 제어 회로 IC(200A)의 발진 회로(201-1)는 주파수 결정용 콘덴서(132) 및 주파수 결정용 저항(133), 기동 저항(134)에 의해 결정된 기동시용의 비교적 높은 주파수의 PWM용 삼각파 신호 CT 와 클록 신호 CLK 를 생성한다. 또, 로직 블록(203)에서, 클록 신호 CLK 에 기초하여 동기 신호 TG 가 발생한다.
부 제어 회로 IC(200B 내지 200N)는 주 제어 회로 IC(200A)와 거의 동시에 시스템·온 된다. 부 제어 회로 IC(200B 내지 200N)의 외부 단자 4P 에 주파수 결정용 저항(133)이나 기동 저항(134)이 접속되어 있지 않기 때문에, PWM용 삼각파 신호 CT, 클록 신호 CLK 및 동기 신호 TG 를 스스로는 생성하지 않는다.
주 제어 회로 IC(200A)에서 생성된 PWM용 삼각파 신호 CT, 클록 신호 CLK 및 동기 신호 TG 각각은 상호 접속되어 있는 부 제어 회로 IC(200B 내지 200N)에 공급된다. 부 제어 회로 IC(200B 내지 200N)에서는, 주 제어 회로 IC(200A)로부터 공급된 PWM용 삼각파 신호 CT, 클록 신호 CLK 및 동기 신호 TG 에 기초하여 PWM 제어 신호가 형성된다.
이로써, 부 인버터는 주 제어 회로 IC(200A)를 갖는 주 인버터와 동기해서 동작하기 때문에, 모든 인버터는 동기하여 동상으로 동작한다. 그리고, 각각의 인버터를, 분산 배치된 CCFL(액정 디스플레이의 백라이트 광원)에 근접해서 배치한다.
따라서, 복수의 CCFL 이 동기해서 발광하기 때문에, 빛이 간섭하여 점멸하는 것을 방지할 수 있다. 또, 각 인버터와 각 CCFL 이 근접 배치되기 때문에, 고전압의 배선을 끌고 다니는 것에 의한 다른 장치에의 영향을 줄일 수 있다. 또, CCFL의 기생 커패시턴스를 변압기의 인덕턴스와의 공진에 유효하게 이용할 수 있다.
외부 단자 11P 의 전위 STB 가 기준 전압 Vref5 에 이를 때까지는, NMOS(246)가 온으로 되어 있고, 주파수 결정용 저항(133)에 기동 저항(134)이 병렬로 접속되어 있다. 따라서, PWM용 삼각파 신호 CT, 클록 신호 CLK 등은 통상 주파수보다 높은 주파수에서 생성된다. 이로써, 기동 중에 있어서는 인버터 회로의 출력 주파수가 높아지기 때문에, CCFL 의 점등에 유효하다.
외부 단자 11P 의 전위 STB 가 상승하여 기준 전압 Vref5 를 넘으면, 비교기(216)의 출력은 H 레벨로부터 L 레벨로 반전하고 NMOS(246)는 오프로 되어, 통상 운전에 들어간다. 기동 신호 ST 의 H 레벨로의 상승으로부터 통상 운전에 들어가기까지의 시간은, 분산을 고려해도 모든 CCFL 이 점등하는 시간보다도 길어지도록 설정하는 것이 바람직하다. 통상 운전에 있어서는, PWM용 삼각파 신호 CT, 클록 신호 CLK 등이 통상 주파수로 되는 것만으로, 복수 인버터가 동기 운전되는 것에 변함은 없다.
또한, 이상의 실시형태에서는, 모든 제어 회로 IC(200A 내지 200N)의 외부 단자 11P 를 상호 접속하고, 모든 제어 회로 IC, 즉 모든 인버터를 공통으로 기동 및 정지하도록 하고 있다. 이에 대신하여, 기동 신호 ST 를 개별적인 제어 회로 IC 마다 또는 그룹화한 제어 회로 IC 군마다 인가하도록 하여, 인버터를 제각기 기동·정지하도록 해도 된다. 이 경우에도, 인버터의 동기 운전은 지장없이 할 수 있다.
또, 이상의 실시형태에서는, 클록 신호 CLK 는 PWM용 삼각파 신호 CT 와 동기한 동일 주파수로 하고 있다. 그러나, 이에 대신하여, 클록 신호 CLK 는 PWM용 삼각파 신호 CT 와 동기해 있는 1/2 주파수의 것으로서도 좋다. 이 경우, 클록 신호 CLK 는 이상의 실시형태에서의 동기 신호와 동일한 신호로 되기 때문에, 각 제어 회로 IC(200A 내지 200N)에서는 그 클록 신호 CLK 를 2 체배(遞倍)하여, PWM용 삼각파 신호 CT 와 동기한 동일 주파수의 새로운 클록 신호를 형성하는 것으로 된다. 이것에 의하면, 제어 회로 IC 의 외부 단자의 수를 삭감할 수 있고, 또, 제어 회로 IC 간의 상호 접속선 수를 적게 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 직류-교류 변환 장치의 병행 운전 시스템 및 그 제어 회로 IC 는 낮은 직류 전압으로부터 높은 교류 전압을 필요로 하는 액정 표시 장치의 백라이트용 광원으로서 이용하는데 적합하다.

Claims (11)

1차 권선과 부하가 접속된 적어도 1개의 2차 권선을 갖는 변압기;
직류 전원으로부터 상기 1차 권선에 제 1 방향 및 제 2 방향으로 교대로 전류를 흐르게 하기 위한 반도체 스위치 회로;
상기 부하에 흐르는 전류를 검출하여 전류 검출 신호를 생성하는 전류 검출 회로;
삼각파 신호 및 이와 동기한 클록 신호를 주파수 결정용 콘덴서 및 주파수 결정용 저항이 접속될 때에 생성하는 발진기 블록; 및
상기 삼각파 신호, 상기 클록 신호 및 상기 전류 검출 신호를 받아, PWM 제어된 스위치 구동 신호를 상기 반도체 스위치 회로에 공급하는 PWM 제어 회로를 각각 갖는 복수 N개의 직류-교류 변환 장치를 구비하고,
상기 복수 N개의 직류-교류 변환 장치 중 1개의 직류-교류 변환 장치에만 상기 주파수 결정용 콘덴서 및 상기 주파수 결정용 저항을 접속하고, 해당 직류-교류 변환 장치의 상기 발진기 블록으로부터 상기 삼각파 신호 및 상기 클록 신호를 발생시키고,
해당 직류-교류 변환 장치로부터 발생한 상기 삼각파 신호 및 상기 클록 신호를 다른 직류-교류 변환 장치에 공급하며,
복수 N개의 직류-교류 변환 장치에서 동일한 상기 삼각파 신호 및 상기 클록 신호를 사용해서 동기하여 동상의 PWM 제어를 하는 것을 특징으로 하는 직류-교류 변환 장치의 병행 운전 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 발진기 블록에서 발생한 상기 삼각파 신호 및 상기 클록 신호는 동일 주파수이고, 또한 상기 삼각파 신호를 발생시키는 직류-교류 변환 장치에서 상기 클록 신호를 체강하는 동기 신호를 발생시키고, 그 동기 신호를 다른 직류-교류 변환 장치에 공급하여, 상기 복수 N개의 직류-교류 변환 장치에서 공통으로 사용하는 것을 특징으로 하는 직류-교류 변환 장치의 병행 운전 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 동기 신호는 상기 클록 신호를 2분주하여 체강하는 것을 특징으로 하는 직류-교류 변환 장치의 병행 운전 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발진기 블록은, 상기 주파수 결정용 저항이 접속되어 있는지 여부를 판정하여 그 판정 결과를 출력하는 모드 회로 및 그 모드 회로로부터의 판정 결과에 따라 동작 또는 부동작이 결정되는 발진 회로를 가지는 것을 특징으로 하는 직류-교류 변환 장치의 병행 운전 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 주파수 결정용 콘덴서의 접속점에 상기 삼각파 신호가 생성되거나, 다른 직류-교류 변환 장치로부터의 삼각파 신호가 공급되는 것을 특징으로 하는 직류-교류 변환 장치의 병행 운전 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 주파수 결정용 저항의 저항치는 상기 복수 N개의 직류-교류 변환 장치의 기동 시에는 어떤 작은 저항치로 설정되어 있고, 그 후에 보다 큰 저항치로 설정되는 것을 특징으로 하는 직류-교류 변환 장치의 병행 운전 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 부하는 냉음극 형광등인 것을 특징으로 하는 직류-교류 변환 장치의 병행 운전 시스템.
반도체 스위치 회로를 구동하고, 부하에 공급하는 교류 전력을 제어하기 위한 제어 회로 IC 에 있어서,
삼각파 신호 및 이와 동기한 클록 신호를 주파수 결정용 콘덴서 및 주파수 결정용 저항이 접속될 때에 생성하는 발진기 블록;
상기 삼각파 신호, 상기 클록 신호 및 상기 부하에 흐르는 전류를 검출한 전류 검출 신호를 받아, PWM 제어된 스위치 구동 신호를 상기 반도체 스위치 회로에 공급하기 위한 PWM 제어 회로;
상기 주파수 결정용 콘덴서가 접속됨과 함께 상기 삼각파 신호가 생성될 때에 그 출력 단자로 되고, 상기 삼각파 신호가 생성되지 않을 때에 외부로부터의 삼각파 신호의 입력 단자로 되는 제 1 외부 단자;
상기 주파수 결정용 저항이 접속되는 단자로 되는 제 2 외부 단자; 및
상기 클록 신호가 생성될 때에 그 출력 단자로 되고, 상기 클록 신호가 생성되지 않을 때에 외부로부터의 클록 신호의 입력 단자로 되는 제 3 외부 단자를 구비하며,
상기 제 1 외부 단자에 상기 주파수 결정용 콘덴서가 접속되고, 또한, 상기 제 2 외부 단자에 상기 주파수 결정용 저항이 접속될 때에, 상기 삼각파 신호를 상기 제 1 외부 단자로부터 외부에도 출력하고, 상기 클록 신호를 상기 제 3 외부 단자로부터 외부에 출력함과 함께,
상기 외부 단자에 주파수 결정용 저항이 접속되지 않은 때에는, 상기 삼각파 신호를 외부로부터 상기 제 1 외부 단자에 입력하고, 상기 클록 신호를 외부로부터 상기 제 3 외부 단자로 입력하는 것을 특징으로 하는 제어 회로 IC.
제 8 항에 있어서,
제 4 외부 단자를 더 구비하며,
이 제 4 외부 단자와 상기 제 2 외부 단자와의 사이에서 외부에 상기 주파수 결정용 저항과 함께 상기 부하의 기동 시의 주파수를 결정하기 위한 기동 저항이 접속되며,
제 4 외부 단자는 내부에서 스위치에 의하여 기동 시에 상기 기동 저항이 상기 주파수 결정용 저항에 병렬되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 제어 회로 IC.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
제 5 외부 단자를 더 구비하며,
상기 발진기 블록에서 생성된 상기 삼각파 신호 및 상기 클록 신호는 동일 주파수이고,
상기 삼각파 신호가 상기 발진기 블록에서 생성되는 경우에는, 상기 클록 신호를 체강하는 동기 신호를 발생시켜, 상기 제 5 외부 단자로부터 외부에도 출력하며,
상기 삼각파 신호가 상기 발진기 블록에서 생성되지 않은 경우에는, 외부로부터 상기 외부 단자에 상기 클록 신호를 체강하는 동기 신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 제어 회로 IC.
제 8 항에 있어서,
상기 발진기 블록은, 상기 주파수 결정용 저항이 접속되어 있는지 여부를 판정하여 그 판정 결과를 출력하는 모드 회로 및 상기 모드 회로로부터의 판정 결과에 따라 동작 또는 부동작이 결정되는 발진 회로를 가지는 것을 특징으로 하는 제어 회로 IC.
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