KR20060116044A - 백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법 - Google Patents

백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법 Download PDF

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KR20060116044A
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Abstract

본 발명은 백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법에 관한 것으로, 외부전극 형광램프를 구동하기 위한 구형파 전압 주파수가, 상기 외부전극 형광램프의 캐패시턴스와 변압기의 기생 인덕턴스에 의해 정해지는 공진 주파수의 실질적인 1/2 정도의 영역에서 상기 변압기 1차측으로 인가되어, 상기 외부전극 형광램프를 자기 방전(Self-discharge)으로 발광시킴으로써, 고효율과 고휘도를 얻을 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 의한 백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법은, 외부전극 형광램프를 구동하기 위한 구형파 전압을 변압기 1차측으로 인가하는 단계; 및 상기 구형파 전압의 주파수가, 상기 외부전극 형광램프의 캐패시턴스와 변압기의 기생 인덕턴스에 의해 정해지는 공진 주파수의 실질적인 1/2 정도의 영역에서 상기 변압기 1차측으로 인가되어, 상기 외부전극 형광램프를 자기 방전(Self-discharge)으로 발광시키는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
외부전극 형광램프, 풀-브릿지(Full-Bridge) 인버터, 공진 주파수, 자기 방전(Self-discharge), 변압기

Description

백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법{DRIVING METHOD OF EXTERNAL ELECTRODE FLUORESCENT LAMP INVERTER FOR BACKLIGHT}
도 1은 일반적인 백라이트용 냉음극 형광램프 인버터의 회로도
도 2는 종래의 냉음극 형광램프 인버터의 동작시 주요 파형도
도 3은 일반적인 백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 회로도
도 4는 본 발명에 의한 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법을 설명하기 위한 직렬 공진형 출력 전압의 특성 곡선을 나타낸 그래프도
도 5는 본 발명에 의한 외부전극 형광램프 인버터의 자기 방전(Self-discharage) 구동시 주요 파형도
도 6a 내지 도 6h는 본 발명에 의한 외부전극 형광램프 인버터의 자기 방전 구동시 각 모드별 동작 회로도 및 외부전극 형광램프 내에 일어나는 전하들의 이동을 설명하기 위한 설명도
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
M11 : 제 1 스위치 소자 M12 : 제 2 스위치 소자
M13 : 제 3 스위치 소자 M14 : 제 4 스위치 소자
S11∼S14 : 제 1 내지 제 4 제어 신호
Tf : 변압기 VLamp : 외부전극 형광램프 전압
VLamp,max : 외부전극 형광램프 최대 전압
Vpri : 변압기 1차측 전압 Ipri : 변압기 1차측 전류
본 발명은 백라이트용 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp) 인버터의 구동방법에 관한 것으로, 기존에 사인파에서만 구동되는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 와는 달리, 외부전극 형광램프를, 풀-브릿지(Full-Bridge) 인버터를 사용하여 자기 방전(Self-discharge) 구동방식으로 구동시킴으로써, 고효율과 고휘도를 얻을 수 있는 백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법에 관한 것이다.
오늘날, 급속히 발전하고 있는 정보화 시대에 다량의 정보를 전달하기 위해 영상, 그래픽, 문자등 각종 정보를 표시하는 디스플레이의 요구가 급증하고 있다. 이 요구에 따라 최근 디스플레이 산업은 급속한 성장을 보이고 있다.
박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD)는 음극선관(CRT)에 비해 소비 전력이 낮고, 경량박형이 가능하며 유해전자파를 방출하지 않는 차세개 첨단 디스플레이 소자로, PC(Personal Computer) 용도를 중심으로 수년간 크게 진보해왔다. 최근 고화질의 디지털 방송 시대를 맞이하여 30인치급 이상의 대화면 디스플레이로 플라 즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP)과 함께 박막트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD)가 주목을 받고 있어 현재 전 세계의 유수한 기업에서 대화면의 액정표시장치(LCD)의 개발에 심혈을 기울이고 있다.
상기 박막트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD)는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)이나 음극선관(CRT)과는 달리 자체 발광소자가 아니기 때문에, 상기 박막트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD)의 뒤쪽에 배면 광원으로 사용되는 백라이트 유닛(Back Light Unit: BLU)과, 전기신호를 전달 제어하는 TFT 어레이와, 인가전압에 따라 분자 구조를 달리하여 빛의 투과를 결정하는 액정(Liquid Crystal)과, 그리고 컬러 필터(Color Filter)로 구성된다.
기존의 백라이트 유닛(BLU)의 경우 대부분 냉음극 형광램프를 사용하고 있다. 상기 냉음극 형광램프는 액정표시장치(LCD)의 특성에 맞게 열을 내지 않는 음극을 이용한 특수 형광램프로, 전력 소모가 적으면서도 높은 휘도를 낼 뿐만 아니라 가늘고 길어서 현재 LCD의 광원으로 대부분 사용되고 있다.
상기 냉음극 형광램프의 구조는 내부에 일정량의 수은과 아르곤(Ar)과 네온(Ne)의 혼합가스가 들어있고 내부 표면에 형광체가 도포되어 있는 초자관과, 상기 초자관의 양 끝에 설치된 내부전극을 구비하고 있다.
상기 냉음극 형광램프의 구동 방법은 사인파 구동 방법이 널리 쓰이고 있다. 따라서 사인파 구동을 하기 위해 공진형 인버터를 사용한다. 기존에 널리 사용되고 있는 인버터 토폴로지(topology)로는, 푸쉬-풀(Push-Pull) 인버터, 하프-브릿지(Half-Bridge) 인버터등이 있다. 이때, 푸쉬-풀(Push-Pull) 인버터와 하프-브릿지 (Half-Bridge) 인버터의 경우, 주파수 변조방법을 사용하거나 인버터를 2단으로 구성하여 램프에 인가되는 전압 및 전류를 제어한다.
최근에는 풀-브릿지(Full-Bridge) 인버터를 이용하여 시비율{스위칭 소자의 온(on)/오프(off) 비율을 조정하는 것}을 가변함으로써, 상기 냉음극 형광램프에 인가되는 전압 및 전류를 제어하는 방법도 사용되고 있다.
한편, 상기 냉음극 형광램프가 내부 전극을 가지는데 비해, 최근 전극이 바깥에 있는 외부전극 형광램프가 개발되어 대화면 LCD 백 라이트 유닛(BLU)의 광원으로 주목받고 있다. 상기 외부전극 형광램프는, 전극이 튜브(tube)의 외부에 있어서, 상기 냉음극 형광램프에 비해 수명이 길고, 다수(약 20)개 램프의 병렬 구동이 가능하며 램프간 전압 편차가 없어 고른 휘도의 구현이 가능하다.
상기 외부전극 형광램프는, 여러 개의 외부전극 형광램프를 하나의 인버터로 구동하기 때문에, 구동 전력이 높고 시비율 가변을 통한 전압 및 전류제어가 가능한 풀-브릿지(Full-Bridge) 인버터를 많이 사용하고 있다.
앞에서 설명한 바와 같이, 상기 외부전극 형광램프는 상기 냉음극 형광램프와 유사한 특성을 가지고 있고, 용량성 부하(capacitive load) 특성을 갖고 있어서 변압기를 사용할 경우 변압기의 기생 인덕턴스(leakage inductance)와 공진하는 현상이 나타난다. 이 특성은 기존의 직렬 공진형 변압기(resonant converter)와 유사하다.
그러면, 첨부도면을 참조하여 종래의 냉음극 형광램프 인버터의 구동 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 백라이트용 냉음극 형광램프 인버터의 회로도로서, 풀-브릿지 인버터(Full-Bridge Inverter) 회로를 나타낸 것이다.
상기 풀-브릿지(Phase-shift Full-Bridge) 인버터는, 도 1에 도시된 바와 같이, 직류전원(Vdc)과 그라운드(ground) 사이에 제 1 내지 제 4 스위치 소자(M1 내지 M4)로 구성되어 있으며, 상기 제 1 내지 제 4 스위치 소자(M1 내지 M4)의 스위칭 동작에 의해 상기 제 1 스위치 소자(M1)와 제 2 스위치 소자(M2) 사이에 접속된 제 1 출력단자(a)와 상기 제 3 스위치 소자(M3)와 제 4 스위치 소자(M4) 사이에 접속된 제 2 출력단자(b)를 통해 변압기(Transformer) 1차측에 전압을 인가한다.
이때, 상기 제 1 스위치 소자(M1)는 N형 모스 트랜지스터(NMOS) 또는 P형 모스 트랜지스터(PMOS)로 구성되며(도 1에서는 PMOS가 도시됨), 게이트로 인가되는 제 1 제어 신호(S1)에 의해 턴-온되어{S1이 '로우(Low)' 상태일 경우}, 상기 직류전원(Vdc)을 상기 제 1 출력단자(a)로 스위칭하여 상기 제 1 출력단자(a)의 전압레벨을 풀-업(Pull-up)시키는 역할을 한다. 반면에, 상기 제 2 스위치 소자(M2)는 N형 모스 트랜지스터(NMOS)로 구성되며, 게이트로 인가되는 제 2 제어 신호(S2)에 의해 턴-온되어{S1이 '하이(high)' 상태일 경우}, 상기 제 1 출력단자(a)의 전압레벨을 그라운드 전압레벨(Vss)로 풀-다운(Pull-down)시키는 역할을 한다.
상기 제 3 스위치 소자(M3)는, 상기 제 1 스위치 소자(M1)와 마찬가지로, N형 모스 트랜지스터(NMOS) 또는 P형 모스 트랜지스터(PMOS)로 구성되며(도 1에서는 PMOS가 도시됨), 게이트로 인가되는 제 3 제어 신호(S3)에 의해 턴-온되어{S3이 '로우(Low)' 상태일 경우}, 상기 직류전원(Vdc)을 상기 제 2 출력단자(b)로 스위칭하여 상기 제 2 출력단자(b)의 전압레벨을 풀-업(Pull-up)시키는 역할을 한다. 반면에, 상기 제 4 스위치 소자(M4)는 N형 모스 트랜지스터(NMOS)로 구성되며, 게이트로 인가되는 제 4 제어 신호(S4)에 의해 턴-온되어{S4이 '하이(high)' 상태일 경우} 상기 제 2 출력단자(b)의 전압레벨을 그라운드 전압레벨(Vss)로 풀-다운(Pull-down)시키는 역할을 한다.
상기 제 1 출력단자(a)와 상기 제 2 출력단자(b)를 통해 상기 변압기 1차측의 양단에 인가된 전압은, 상기 풀-브릿지(Phase-shift Full-Bridge) 인버터에서 인가된 직류 전원전압(Vdc)이다. 상기 변압기 1차측에 전압이 인가되면, 변압기 2차측에 증폭된 전압이 외부전극 형광램프를 구동하게 한다.
도 2는 종래의 냉음극 형광램프 인버터의 동작시 주요 파형도이다.
상기 냉음극 형광램프 인버터의 동작 과정을 도 2에 도시한 바와 같이, 파형의 한 주기(Ts)를 8개 구간(① 내지 ⑧)으로 나누어서 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 1 구간(①)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S1)가 '로직 하이' 상태이므로 PMOS 트랜지스터인 상기 제 1 스위치 소자(M1)는 턴-오프된 상태이고, 상기 제 2 제어 신호(S2)가 '로직 로우' 상태이므로 NMOS 트랜지스터인 상기 제 2 스위치 소자(M2)도 턴-오프된 상태이고, 상기 제 3 제어 신호(S3)가 '로직 하이' 상태이므로 PMOS 트랜지스터인 상기 제 3 스위치 소자(M3)도 턴-오프된 상태이다. 반면 에, 상기 제 4 제어 신호(S4)는 '로직 하이' 상태이므로 NMOS 트랜지스터인 상기 제 4 스위치 소자(M4)는 턴-온된 상태이다.
그러므로, 상기 제 1 구간(①)에서는 상기 제 1 내지 제 3 스위치 소자(M1 내지 M3)가 모두 턴-오프된 상태이고, 상기 제 4 스위치 소자(M4)만이 턴-온되어 있어 변압기 1차측 전류는 상기 제 1 스위치 소자(M1)의 바디 다이오드를 타고 흐르는 상태이기 때문에 상기 변압기 1차측으로 전원전압(Vdc)이 인가된다.
그 다음, 제 2 구간(②)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S1)가 '로직 하이'에서 '로직 로우' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M1)는 턴-온된 상태이다. 그리고, 상기 제 2 제어 신호(S2)가 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M2)는 계속 턴-오프된 상태이고, 상기 제 3 제어 신호(S3)도 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M3)도 계속 턴-오프된 상태이다. 또한 상기 제 4 제어 신호(S4)도 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M4)도 계속 턴-온된 상태이다.
그러므로, 상기 제 2 구간(②)에서는, 상기 제 1 스위치 소자(M1)와 상기 제 4 스위치 소자(M4)가 턴-온된 상태이므로, 상기 제 1 스위치 소자(M1)를 통해 상기 변압기(Tf) 1차측으로 전원전압(Vdc)이 인가된다. 이때, 상기 변압기(Tf) 1차측으로 흐르는 전류(Ipri)는 도 2의 파형과 같이, 서서히 증가하다가 감소하는 형태를 갖는다. 그 이유는, 변압기의 기생 인덕턴스(Lr)와 램프의 캐패시턴스(Cr)가 공진하기 때문이다.
그 다음, 제 3 구간(③)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S1)가 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M1)는 계속 턴-온된 상태이고, 상기 제 2 제어 신호(S2)도 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M2)도 계속 턴-오프된 상태이고, 상기 제 3 제어 신호(S3)도 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M3)도 계속 턴-오프된 상태이다. 그리고, 상기 제 4 제어 신호(S4)는 '로직 하이'에서 '로직 로우' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M4)는 턴-오프된 상태이다.
그러므로, 상기 제 3 구간(③)에서는, 상기 제 1 스위치 소자(M1)가 턴-온된 상태이고, 상기 제 2 내지 제 4 스위치 소자(M2 내지 M4)가 모두 턴-오프된 상태이므로, 상기 변압기 1차측에 인가되는 전압은 0V이다.
여기서, 상기 제 4 스위치 소자(M4)가 턴-오프되는 순간, 상기 제 4 스위치(M4)의 출력 캐패시터는 충전되고, 상기 제 3 스위치 소자(M3)의 출력 캐패시터는 방전되면서 변압기 1차측의 전압은 0V로 인가된다. 상기 제 3 스위치 소자(M3)의 출력 캐패시터의 방전이 끝나면, 전류(Ipri)는 상기 제 2 스위치 소자(M2) 및 상기 제 3 스위치 소자(M3)의 바디다이오드를 통해 흐르게 되어 영전압 스위칭 조건을 만들게 된다.
그 다음, 제 4 구간(④)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S1)가 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M1)는 계속 턴-온된 상태이고, 상기 제 2 제어 신호(S2)도 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M2)도 계속 턴-오프된 상태이다. 그리고, 상기 제 3 제어 신호(S3)는 '로직 하이'에서 '로직 로우' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M3)는 턴-온된 상태이고, 상기 제 4 제어 신호(S4)는 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M4)는 계속 턴-오프된 상태이다.
그러므로, 상기 제 4 구간(④)에서는, 상기 제 1 스위치 소자(M1)와 상기 제 3 스위치 소자(M3)가 턴-온된 상태이고, 상기 제 2 스위치 소자(M2)와 상기 제 4 스위치 소자(M4)가 턴-오프된 상태이므로, 상기 변압기 1차측에 인가되는 전압은 그대로 0V이다. 따라서, 상기 변압기 1차측에 흐르는 전류의 방향은 변화되지 않는다.
그 다음, 제 5 구간(⑤)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S1)가 '로직 로우'에서 '로직 하이' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M1)는 턴-오프된 상태이다. 그리고, 상기 제 2 제어 신호(S2)는 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M2)는 계속 턴-오프된 상태이고, 상기 제 3 제어 신호(S3)도 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M3)도 계속 턴-온된 상태이고, 상기 제 4 제어 신호(S4)도 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M4)도 계속 턴-오프된 상태이다.
그러므로, 상기 제 5 구간(⑤)에서는, 상기 제 1 스위치 소자(M1)와 상기 제 2 스위치 소자(M2) 및 상기 제 4 스위치 소자(M4)가 턴-오프된 상태이고, 상기 제 3 스위치 소자(M3)만이 턴-온된 상태이다. 이때, 상기 제 4 구간(④)에서 변압기 1차측에 흐르는 전류의 방향이 변하지 않았기 때문에, 상기 제 1 스위치 소자(M1)가 턴-오프되면, 상기 제 2 스위치 소자(M2)의 바디다이오드를 통해 전류가 흐르면서 상기 제 3 스위치 소자(M3)를 통해, 전원전압(Vdc)이 변압기 1차측의 (-)단자쪽으로 공급된다. 따라서, 0V의 전압레벨을 갖던 변압기 1차측의 전압(Vpri)이 도 2와 같이 상기 제 1 스위치 소자(M1)가 턴-오프되면서 (-)전위로 떨어지게 된다. 이때, 변압기 1차측으로 흐르는 전류도 상기 제 2 스위치 소자(M2)의 바디다이오드를 통해 반대로 흐르게 된다.
또한, 상기 제 5 구간(⑤)에서의 외부전극 형광램프는 전압이 인가됨에 따라 양쪽 전극의 전압 극성이 바뀌게 된다.
그 다음, 제 6 구간(⑥)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S1)가 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M1)는 계속 턴-오프된 상태이고, 상기 제 2 제어 신호(S2)는 '로직 로우'에서 '로직 하이' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M2)는 턴-온된 상태이다. 그리고, 상기 제 3 제어 신호(S3)는 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M3)는 계속 턴-온된 상태이고, 상기 제 4 제어 신호(S4)도 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M4)는 계속 턴-오프된 상태이다.
그러므로, 상기 제 6 구간(⑥)에서는, 상기 제 2 스위치 소자(M2)와 상기 제 3 스위치 소자(M3)가 턴-온된 상태이고, 상기 제 1 스위치 소자(M1)와 제 4 스위치 소자(M4)가 턴-오프된 상태이다. 따라서, 상기 제 3 스위치 소자(M3)를 통해, 변압기 1차측의 (-)단자쪽으로 공급된 전원전압(Vdc)이 상기 제 2 스위치 소자(M2)를 통해 그라운드 전위로 흐르게 된다. 따라서, 변압기 1차측의 전압(Vpri)은 도 2와 같이 (-)전원전압 레벨을 유지하게 된다.
그 다음, 제 7 구간(⑦)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S1)가 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M1)는 계속 턴-오프된 상태이고, 상기 제 2 제어 신호(S2)도 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M2)도 턴-온된 상태이다. 그리고, 상기 제 3 제어 신호(S3)는 '로직 로우'에서 '로직 하이' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M3)는 턴-오프된 상태이고, 상기 제 4 제어 신호(S4)는 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M4)는 계속 턴-오프된 상태이다.
그러므로, 상기 제 7 구간(⑦)에서는, 상기 제 2 스위치 소자(M2)만 턴-온된 상태에 있고, 상기 제 1 스위치 소자(M1)와 제 3 스위치 소자(M3) 및 제 4 스위치 소자(M4)는 턴-오프된 상태에 있다. 따라서, 상기 제 3 스위치 소자(M3)를 통해, 변압기 1차측의 (-)단자쪽으로 공급되던 전원전압(Vdc)이 상기 제 3 스위치 소자(M3)가 턴-오프되면서 더 이상 공급되지 않기 때문에 변압기 1차측에 인가되는 전압(Vpri)은 도 2와 같이 0V가 된다.
마지막으로, 제 8 구간(⑧)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S1)가 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M1)는 계속 턴-오프된 상태이고, 상기 제 2 제어 신호(S2)도 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M2)도 계속 턴-온된 상태이고, 상기 제 3 제어 신호(S3)도 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M3)도 계속 턴-오프된 상태이다. 그리고, 상기 제 4 제어 신호(S4)는 '로직 로우'에서 '로직 하이' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M4)는 턴-온된 상태이다.
그러므로, 상기 제 8 구간(⑧)에서는, 상기 제 2 스위치 소자(M2)와 상기 제 4 스위치 소자(M4)가 턴-온된 상태에 있고, 상기 제 1 스위치 소자(M1)와 제 3 스위치 소자(M3)가 턴-오프된 상태에 있기 때문에, 변압기 1차측에 인가되는 전압(Vpri)은 도 2와 같이 0V를 유지한다.
그 다음, 상기 제 8 구간(⑧) 이후의 구간은 상기 제 1 구간(①) 내지 제 8 구간(⑧)이 반복적으로 실행된다.
그러나, 상술한 바와 같은 백라이트용 냉음극 형광램프 인버터의 구동방법은 사인파에서 램프를 구동시키는 방법으로서, 내부전극을 가진 냉음극 형광램프의 경우, 비록 풀-브릿지 인버터(Full-Bridge Inverter)를 사용하여 램프에 인가되는 전압 및 전류를 제어한다 할지라도, 자기 방전에 의해 램프를 발광하게 하는 구동을 할 수 없는 문제점이 있었다.
즉, 외부전극이 형성되어야만 전압 인가시 전하들이 양쪽 전극 유리벽에 쌓 이게 되는 벽전하 효과(wall charge effect)가 발생하고 이에 따라 램프를 발광하게 하는 자기 방전(Self-discharge) 구동이 가능하나, 상기 냉음극 형광램프는 그 내부에 전극이 형성되어 있어서, 외부전극이 형성됨으로써 일어나는 벽전하 효과가 발생하지 않으므로 자기 방전에 의한 고효율 및 고휘도의 발광을 기대할 수 없는 문제점을 야기시킨다.
또한, 상기 냉음극 형광램프는, 상기 사인파 구동방법에 의해서만 발광되므로, 구형파 전압을 인가하는 것이 쉽지 않으며, 이에 따라 풀-브릿지(Full-Bridge) 인버터 스위치 소자의 스위칭 제어를 효과적으로 할 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 외부전극 형광램프를 구동하기 위한 구형파 전압 주파수가, 상기 외부전극 형광램프의 캐패시턴스와 변압기의 기생 인덕턴스에 의해 정해지는 공진 주파수의 실질적인 1/2 정도의 영역에서 상기 변압기 1차측으로 인가되어, 상기 외부전극 형광램프를 자기 방전으로 발광시킴으로써, 고효율과 고휘도를 얻을 수 있는 백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법은, 외부전극 형광램프를 구동하기 위한 구형파 전압을 변압기 1차측으로 인가하는 단계; 및 상기 구형파 전압의 주파수가, 상기 외부전극 형광램프의 캐패시턴스와 변압기의 기생 인덕턴스에 의해 정해지는 공진 주파수의 실질적 인 1/2 정도의 영역에서 상기 변압기 1차측으로 인가되어, 상기 외부전극 형광램프를 자기 방전으로 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 공진 주파수의 실질적인 1/2 정도의 영역은, 상기 구형파 전압의 주파수를 상기 공진주파수로 나눈 값을 동작주파수(F)라 할 때, 상기 동작주파수(F)가 0.4≤F(S)≤0.6의 주파수 범위에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 외부전극 형광램프는, 상기 변압기 1차측의 일측 단자로 제 1 제어 신호에 의해 전원 전압을 공급하는 제 1 스위치 소자; 상기 변압기 1차측의 일측 단자로 제 2 제어 신호에 의해 그라운드 전압을 공급하는 제 2 스위치 소자; 상기 변압기 1차측의 타측 단자로 제 3 제어 신호에 의해 전원 전압을 공급하는 제 3 스위치 소자; 및 상기 변압기 1차측의 타측 단자로 제 4 제어 신호에 의해 그라운드 전압을 공급하는 제 4 스위치 소자;를 구비한 풀-브릿지(Full-Bridge) 인버터로 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부전극 형광램프를 자기 방전으로 발광시키는 단계는, 상기 제 1 및 제 4 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 2 및 제 3 스위치 소자가 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 전원전압(Vdc)이 인가되는 단계; 상기 제 4 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 내지 제 3 스위치 소자가 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 0V의 전압이 인가됨에 따라 자기 방전이 발생되는 단계; 상기 제 2 및 제 4 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 및 제 3 스위치 소자가 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 0V의 전압이 인가됨에 따라 자기 방전이 발생되는 단계; 상기 제 2 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 스위치와 제 3 스위치 및 제 4 스위치가 턴- 오프되어, 상기 변압기 1차측에 0V의 전압이 인가됨에 따라 자기 방전이 발생되는 단계; 상기 제 2 스위치 및 제 3 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 스위치 소자 및 상기 제 4 스위치 소자는 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 역전원전압(-Vdc)이 인가되는 단계; 상기 제 2 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 스위치 소자와 제 3 스위치 및 제 4 스위치가 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 0V의 전압이 인가됨에 따라 자기 방전이 발생되는 단계; 상기 제 2 및 제 4 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 및 제 3 스위치 소자가 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 0V의 전압이 인가됨에 따라 자기 방전이 발생되는 단계; 및 상기 제 4 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 내지 제 3 스위치 소자가 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 0V의 전압이 인가됨에 따라 자기 방전이 발생되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 일반적인 백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 회로도로서, 풀-브릿지 인버터(Full-Bridge Inverter) 회로를 나타낸 것이다.
상기 풀-브릿지(Phase-shift Full-Bridge) 인버터는 도 3에 도시된 바와 같이, 직류전원(Vdc)과 그라운드 사이에 제 1 내지 제 4 스위치 소자(M11 내지 M14)로 구성되어 있으며, 상기 제 1 내지 제 4 스위치 소자(M11 내지 M14)의 스위칭 동작에 의해 상기 제 1 스위치 소자(M11)와 제 2 스위치 소자(M12) 사이에 접속된 제 1 출력단자(a)와 상기 제 3 스위치 소자(M3)와 제 4 스위치 소자(M4) 사이에 접속된 제 2 출력단자(b)를 통해 변압기(Transformer) 1차측에 전압을 인가한다.
이때, 상기 제 1 스위치 소자(M11)는 NMOS 트랜지스터로 구성되며(또는 PMOS 트랜지스터로 구성할 수도 있다), 게이트로 인가되는 제 1 제어 신호(S11)에 의해 턴-온되어{S11이 '하이(High)' 상태일 경우}, 상기 직류전원(Vdc)을 상기 제 1 출력단자(a)로 스위칭하여 상기 제 1 출력단자(a)의 전압레벨을 풀-업(Pull-up)시키는 역할을 한다. 반면에, 상기 제 2 스위치 소자(M12)는 NMOS 트랜지스터로 구성되며, 게이트로 인가되는 제 2 제어 신호(S12)에 의해 턴-온되어{S12이 '하이(high)' 상태일 경우}, 상기 제 1 출력단자(a)의 전압레벨을 그라운드 전압레벨(Vss)로 풀-다운(Pull-down)시키는 역할을 한다.
상기 제 3 스위치 소자(M13)는 NMOS 트랜지스터(또는 PMOS 트랜지스터로 구성할 수도 있다)로 구성되며, 게이트로 인가되는 제 3 제어 신호(S13)에 의해 턴-온되어{S13이 '하이(High)' 상태일 경우}, 상기 직류전원(Vdc)을 상기 제 2 출력단자(b)로 스위칭하여 상기 제 2 출력단자(b)의 전압레벨을 풀-업(Pull-up)시키는 역할을 한다. 반면에, 상기 제 4 스위치 소자(M14)는 NMOS 트랜지스터로 구성되며, 게이트로 인가되는 제 4 제어 신호(S14)에 의해 턴-온되어{S14이 '하이(high)' 상태일 경우}, 상기 제 2 출력단자(b)의 전압레벨을 그라운드 전압레벨(Vss)로 풀-다운(Pull-down)시키는 역할을 한다.
상기 제 1 출력단자(a)와 상기 제 2 출력단자(b)를 통해, 상기 변압기 1차측의 양단에 인가된 전압은 상기 풀-브릿지(Phase-shift Full-Bridge) 인버터에서 인 가된 직류전원(Vdc)이다. 상기 변압기 1차측에 전압이 인가되면, 변압기 2차측에 증폭된 전압이 외부전극 형광램프를 구동하게 된다.
도 4는 본 발명에 의한 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법을 설명하기 위한 직렬 공진형 출력 전압의 특성 곡선을 나타낸 그래프도이다.
외부전극 형광램프를 구동하기 위한 구형파 전압의 주파수를 구동 주파수(fs) 라고 할 때, 상기 직렬 공진형 출력 전압의 특성 곡선은, 도 4에 도시된 바와 같이, 구동 주파수(fs)가 공진 주파수(fo)와 같을 경우 램프 전압(VLamp)은 최대(VLamp.max)가 되며, 이때, 상기 공진 주파수(fo) 부근에서의 공진 주파수에 대한 구동 주파수[fs/fo ; 여기서 fs/fo를 '동작 주파수(F)라 칭함]와 램프 최대 전압에 대한 램프 전압(VLamp /VLamp.max)의 변화를 나타낸 것이다.
여기서, 상기 공진 주파수(fo)는, 상기 외부전극 형광램프의 용량성 부하(capacitive load)와 상기 변압기의 기생 인덕턴스(leakage inductance)에 의해서 정해지는 공진 주파수와 구동 주파수가 일치할 때, 공진 현상을 일으켜 전류 또는 전압이 최대가 되는 주파수 지점을 말한다.
상술한 바와 같이, 도 4에 도시된 주파수(F)는, fs/fo이며, 전압(V)은 VLamp /VLamp.max를 나타낸다.
그리고, 각 공진 곡선에 대한 조건을 나타낸 Q는 공진 첨예도(resonance sharpness or quality factor)이다. 상기 공진 첨예도(Q)는 Zr/RLamp=
Figure 112005024144846-PAT00001
/RLamp로서, 상기 공진 주파수(fo)에서의 값이
Figure 112005024144846-PAT00002
이 되는 2점간의 주파수 폭을
Figure 112005024144846-PAT00003
로 할 때,
Figure 112005024144846-PAT00004
로 주어진다. 즉, 상기 공진 첨예도(Q)는 공진 곡선의 폭의 좁기를 나타낸다. 여기서 Zr은 공진 임피던스, RLamp는 외부전극 형광램프의 등가저항, Lr은 변압기의 누설 인덕턴스, 그리고 Cr은 외부전극 형광램프의 캐패시턴스를 나타낸다.
또한, 도 4에 도시된 주파수 영역(S)은, 상기 공진 주파수(fo)의 약 1/2 정도로 동작하는 주파수 영역으로, 이 영역(S)에서 변압기 1차측으로 구형파의 주파수를 인가하게 되면, 보다 효율적으로, 상기 외부전극 형광램프를 발광하게 하는 자기 방전 구동이 가능하게 된다.
이때, 상기 주파수 영역(S)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 동작 주파수(F)가 1일 때, 0.4≤F(S)≤0.6의 주파수 범위[F(S)]에 해당한다.
만약, 변압기 1차측으로 인가되는 구형파의 주파수를, 상기 공진 주파수(fo)의 1/2 주파수보다 낮은 주파수 영역, 즉 0.4F 미만에서 인가할 경우, 상기 외부전극 형광램프눈 효율적으로 자기 방전이 일어나지 않게 되어, 램프의 효율과 휘도가 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 변압기 1차측으로 인가되는 구형파의 주파수를, 상기 공진 주파수(fo)의 1/2 주파수보다 높은 주파수 영역, 즉 0.6F 초과에서 인가할 경우, 상기 스위치에서 열이 많이 발생하는 문제점이 있었다. 그러므로, 상기 주파수 영역(S)은, 상기 동작 주파수(F)가 1일 때, 0.4≤F(S)≤0.6의 주파수 범위[F(S)]에서 형성되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 의한 외부전극 형광램프 인버터의 자기 방전(Self-discharage) 구동시 주요 파형도이고, 도 6a 내지 도 6h는 본 발명에 의한 외부전극 형광램프 인버터의 자기 방전 구동시 각 모드별 동작 회로도 및 외부전극 형광램프 내에서 일어나는 전하들의 이동을 설명하기 위한 설명도이다.
상기 자기 방전 구동시 동작 과정을, 도 5에 도시된 바와 같이, 펄스의 한 주기(Ts)를 8개의 구간(① 내지 ⑧)으로 나누어서 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 1 구간(①)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S11)가 '로직 하이' 상태이므로 NMOS 트랜지스터인 상기 제 1 스위치 소자(M11)는 턴-온되고, 상기 제 2 제어 신호(S12)가 '로직 로우' 상태이므로 NMOS 트랜지스터인 상기 제 2 스위치 소자(M12)는 턴-오프된다. 그리고, 상기 제 3 제어 신호(S13)가 '로직 로우' 상태이므로 NMOS 트랜지스터인 상기 제 3 스위치 소자(M13)는 턴-오프되고, 상기 제 4 제어 신호(S14)가 '로직 하이' 상태이므로 NMOS 트랜지스터인 상기 제 4 스위치 소자(M14)는 턴-온된다.
그러므로, 상기 제 1 구간(①)에서는, 도 6a에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 스위치 소자(M11)와 제 4 스위치 소자(M14)는 턴-온된 상태이고, 상기 제 2 스위치 소자(M12)와 상기 제 3 스위치 소자(M13)는 턴-오프된 상태이기 때문에, 상기 제 1 스위치 소자(M11)를 통해 상기 변압기 1차측으로 전원전압(Vdc)이 인가된다.
상기 변압기 1차측으로 전원전압(Vdc)이 인가되면, 변압기 2차측에 증폭된 전압이 상기 외부전극 형광램프를 구동하게 된다.
이때, 상기 제 1 구간(①)이 시작되기 전의 외부전극 형광램프의 동작은, 제 8 구간(⑧)에서 상기 외부전극 형광램프에 0V의 전압이 인가되어, 양쪽 전극에 쌓인 벽전하들의 일부가 서로 상쇄되면서 전류가 급격하게 증가하게 되고, 이에 따라 발광이 일어나게 되며, 그 후, 벽전하의 이동이 끝나면서 전류는 급속히 감소하게 된다(도 6h 우측 참조).
이 상태에서, 도 6a 우측에 도시한 바와 같이, 상기 외부전극 형광램프로 전원전압(Vdc)이 인가되면, 상기 외부전극 형광램프의 양쪽 전극의 전압 극성이 바뀌게 되며, 이로 인해 상기 양쪽 전극에 붙어있던 벽전하가 이동하고, 여기에 외부에서 인가된 전압이 더해져서 전류가 흐르게 되며, 이에 따라 외부전극 형광램프는 발광하게 된다. 그 이후, 상기 양쪽 전극으로 이동한 전하가 벽전하를 형성하면서 전류는 급속히 감소하게 된다.
그 다음, 제 2 구간(②)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S11)가 '로직 하이'에서 '로직 로우' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M11)는 턴-오프된 상태이다. 그리고, 상기 제 2 제어 신호(S12)는 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M12)는 계속 턴-오프된 상태이고, 상기 제 3 제어 신호(S13)도 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M13)도 계속 턴-오프된 상태이다. 또한 상기 제 4 제어 신호(S14)도 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M14)도 계속 턴-온된 상태이다.
그러므로, 상기 제 2 구간(②)에서는, 도 6b에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 내지 제 3 스위치 소자(M11 내지 M13)가 모두 턴-오프된 상태이고, 상기 제 4 스위치 소자(M14)만이 턴-온된 상태이므로, 상기 변압기 1차측으로 인가되는 전압은 0V이다.
상기 제 1 스위치 소자(M11)가 턴-오프되는 순간, 상기 제 1 스위치 소자(M11)의 출력 캐패서터는 충전되고, 상기 제 2 스위치 소자(M12)의 출력 캐패시터는 방전되면서 상기 변압기 1차측의 전압은 0V로 인가된다. 상기 제 2 스위치 소자(M12)의 출력 캐패시터의 방전이 끝나면, 전류는 상기 제 2 스위치 소자(M12)의 바디다이오드를 통해 흐르게 되어 영전압 스위칭 조건을 만들게 된다.
이때, 도 6b 우측에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 구간(①)에서 형성된 벽전하는, 상기 외부전극 형광램프의 양쪽 전극에 계속 쌓이게 되므로, 결국 상기 제 2 구간(②)이 끝나는 지점에서의 상기 외부전극 형광램프에는 0(zero)에 가까운 전류가 흐르게 된다.
그 다음, 제 3 구간(③)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S11)는 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M11)는 계속 턴-오프된 상태이고, 상기 제 2 제어 신호(S12)는 '로직 로우'에서 '로직 하이' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M12)는 턴-온된 상태이다. 그리고, 상기 제 3 제어 신호(S13)는 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M13)는 계속 턴-오프된 상태이 고, 상기 제 4 제어 신호(S14)도 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M14)도 계속 턴-온된 상태이다.
그러므로, 상기 제 3 구간(③)에서는, 도 6c에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 스위치 소자(M11)와 상기 제 3 스위치 소자(M13)가 턴-오프된 상태이고, 상기 제 2 스위치 소자(M12)와 상기 제 4 스위치 소자(M14)가 턴-온된 상태이므로, 상기 변압기 1차측에 인가되는 전압은 0V이다.
이때, 상기 변압기 1차측에 흐르는 전류는, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 스위치 소자(M12)가 턴-온된 이후 반대 방향으로 급격하게 증가하다가 감소하게 된다.
그 이유는, 도 6c 우측에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 구간(②)에서, 상기 외부전극 형광램프의 양쪽 전극에 벽전하가 쌓이고 난 뒤, 램프에 전압을 0V로 인가하게 되면, 전극에 쌓였던 벽전하들의 일부가 이동하게 되고, 상기 이동된 벽전하들의 일부가 서로 상쇄되면서 전류가 흐르기 때문이다. 이에 따라 다시 한번 발광이 일어나게 되고, 변압기 1차측에 흐르는 전류가 반대 방향으로 급격하게 증가하게 되며, 그 이후, 상기 벽전하의 이동이 끝나면서 전류는 급속히 감소하게 된다.
이와 같이, 변압기 1차측에 인가되는 전압(Vpri)이 0V인 상황에서, 변압기 1차측에 흐르는 전류(Ipri)를 반대 방향으로 급격히 증가시켜 상기 외부전극 형광램프를 발광시키기 때문에 스위칭 손실이 0(zero)에 가깝게 된다.
그 다음, 제 4 구간(④)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S11)가 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M11)는 계속 턴-오프된 상태이고, 상기 제 2 제어 신호(S12)도 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M12)도 계속 턴-온된 상태이고, 상기 제 3 제어 신호(S13)도 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M13)도 턴-오프된 상태이다. 그리고, 상기 제 4 제어 신호(S14)는 '로직 하이'에서 '로직 로우' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M14)는 턴-오프된 상태이다.
그러므로, 상기 제 4 구간(④)에서는, 도 6d에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 스위치 소자(M12)만 턴-온된 상태이고, 상기 제 1 스위치 소자(M11)와 제 3 스위치 소자(M13) 및 제 4 스위치 소자(M14)는 턴-오프된 상태이므로, 상기 변압기 1차측에 인가되는 전압은 그대로 0V이다. 이때, 상기 제 4 스위치 소자(M14)가 턴-오프되어도 전류는 상기 제 4 스위치 소자(M14)의 바디다이오드를 통해 계속 흐르게 된다.
여기서, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 변압기 1차측에 흐르는 전류는 감소하게 된다. 그 이유는, 도 6d 우측에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 구간(②)에서, 상기 외부전극 형광램프의 양쪽 전극에 벽전하가 쌓이고 난 뒤, 램프에 전압을 0V로 인가하게 되면, 상기 제 3 구간(③)에서는, 전극에 쌓였던 벽전하들의 일부가 서로 상쇄되면서 반대방향으로 전류가 급격하게 증가하게 되며, 그 이후 상기 벽전하의 이동이 완료되게 되는데, 상기 제 4 구간(④)에서도 이러한 상태가 지속되기 때문이다.
그 다음, 제 5 구간(⑤)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S11)가 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M11)는 턴-오프된 상태이고, 상기 제 2 제어 신호(S12)도 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M12)도 계속 턴-온된 상태이다. 그리고, 상기 제 3 제어 신호(S13)는 '로직 로우'에서 '로직 하이' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M13)는 턴-온된 상태이다. 그리고, 상기 제 4 제어 신호(S14)는 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M14)는 계속 턴-오프된 상태이다.
그러므로, 상기 제 5 구간(⑤)에서는, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 스위치 소자(M12)와 상기 제 3 스위치 소자(M13)가 턴-온된 상태이고, 상기 제 1 스위치 소자(M11)와 상기 제 4 스위치 소자(M14)는 턴-오프된 상태이다. 따라서, 상기 변압기 1차측에 인가되는 전압은, 상기 제 3 스위치 소자(M13)를 통해 상기 제 2 스위치 소자(M12)로 흐르기 때문에, 도 5에 도시된 바와 같이 전압의 극성이 바뀌게 된다.
이때, 상기 변압기 1차측에 흐르는 전류(Ipri)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 스위치 소자(M13)가 턴-온되면서 급격하게 증가하다가 감소하게 된다. 이때, 상기 외부전극 형광램프내의 전자들의 움직임은, 도 6e 우측에 도시된 바와 같이, 상기 외부전극 형광램프 양쪽 전극의 전압 극성이 바뀌면서 이로 인해 상기 양쪽 전극에 붙어있던 벽전하가 이동하고, 여기에 외부에서 인가된 전압이 더해져서 전류가 흐르게 되며, 이에 따라 외부전극 형광램프는 발광하게 된다. 그 이후, 상기 양쪽 전극으로 이동한 전하가 벽전하를 형성하게 된다.
그 다음, 제 6 구간(⑥)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S1)가 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M11)는 계속 턴-오프 상태이고, 상기 제 2 제어 신호(S12)도 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M12)는 계속 턴-온 상태이다. 그리고, 상기 제 3 제어 신호(S13)는 '로직 하이'에서 '로직 로우' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M13)는 턴-오프된 상태이다. 그리고, 상기 제 4 제어 신호(S14)는 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M14)는 계속 턴-오프된 상태이다.
그러므로, 상기 제 6 구간(⑥)에서는, 도 6f에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 스위치 소자(M13)가 턴-오프되는 순간, 상기 제 3 스위치 소자(M13)의 출력 캐패서터는 충전되고, 상기 제 4 스위치 소자(M14)의 출력 캐패시터는 방전되면서 상기 변압기 1차측의 전압은 0V로 인가된다. 상기 제 4 스위치 소자(M14)의 출력 캐패시터의 방전이 끝나면, 전류는 상기 제 4 스위치 소자(M14)의 바디다이오드를 통해 흐르게 되어 영전압 스위칭 조건을 만들게 된다.
이때, 도 6f 우측에 도시한 바와 같이, 상기 제 5 구간(⑤)에서 형성된 벽전하는, 상기 외부전극 형광램프의 양쪽 전극에 계속 쌓이게 되므로, 결국 상기 제 6 구간(⑥)이 끝나는 지점에서의 상기 외부전극 형광램프에는 0(zero)에 가까운 전류가 흐르게 된다.
그 다음, 제 7 구간(⑦)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S11)가 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M11)는 계속 턴-오프된 상태이고, 상기 제 2 제어 신호(S12)도 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M12)도 턴-온된 상태이고, 상기 제 3 제어 신호(S13)도 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M13)도 턴-오프된 상태이다. 그리고, 상기 제 4 제어 신호(S14)는 '로직 로우'에서 '로직 하이' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M14)는 턴-온된 상태이다.
그러므로, 상기 제 7 구간(⑦)에서는, 도 6g에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 스위치 소자(M12)와 상기 제 4 스위치 소자(M14)가 턴-온된 상태이고, 상기 제 1 스위치 소자(M11)와 상기 제 3 스위치 소자(M13)가 턴-오프된 상태이므로, 상기 변압기 1차측에 인가되는 전압(Vpri)은 0V이다.
이때, 변압기 1차측에 흐르는 전류는, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 제 4 스위치 소자(M14)가 턴-온된 이후 반대 방향으로 급격하게 증가하다가 감소하게 된다.
그 이유는, 도 6g 우측에 도시된 바와 같이, 상기 제 6 구간(⑥)에서, 상기 외부전극 형광램프의 양쪽 전극에 벽전하가 쌓이고 난 뒤, 램프에 전압을 0V로 인가하게 되면, 전극에 쌓였던 벽전하들의 일부가 이동하게 되고, 상기 이동된 벽전하들의 일부가 서로 상쇄되면서 전류가 흐르기 때문이다. 이에 따라 다시 한번 발광이 일어나게 되고, 변압기 1차측에 흐르는 전류가 반대 방향으로 급격하게 증가하게 되며, 그 이후, 상기 벽전하의 이동이 끝나면서 전류는 급속히 감소하게 된 다.
상기 제 7 구간(⑦)에서는, 상기와 같이, 변압기 1차측에 인가되는 전압(Vpri)이 0V인 상황에서, 변압기 1차측에 흐르는 전류(Ipri)를 반대 방향으로 급격히 증가시켜 상기 외부전극 형광램프를 발광시키기 때문에 스위칭 손실이 0(zero)에 가깝게 된다.
마지막으로, 제 8 구간(⑧)에서는, 상기 제 1 제어 신호(S11)가 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 1 스위치 소자(M11)는 계속 턴-오프된 상태이고, 상기 제 2 제어 신호(S12)는 '로직 하이'에서 '로직 로우' 상태로 바뀐 상태이므로 상기 제 2 스위치 소자(M12)는 턴-오프된 상태이다. 그리고, 상기 제 3 제어 신호(S13)도 계속 '로직 로우' 상태이므로 상기 제 3 스위치 소자(M13)는 계속 턴-오프된 상태이고, 상기 제 4 제어 신호(S14)도 계속 '로직 하이' 상태이므로 상기 제 4 스위치 소자(M14)는 계속 턴-온된 상태이다.
그러므로, 상기 제 8 구간(⑧)에서는, 도 6h에 도시한 바와 같이, 상기 제 4 스위치 소자(M14)만 턴-온된 상태이고, 상기 제 1 스위치 소자(M11)와 상기 제 2 스위치 소자(M12) 및 상기 제 3 스위치 소자(M3)가 모두 턴-오프된 상태이므로, 상기 변압기 1차측에 인가되는 전압(Vpri)은 0V를 유지한다. 이때, 상기 제 2 스위치 소자(M12)가 턴-오프되어도 전류는 상기 제 2 스위치 소자(M12)의 바디다이오드를 통해 계속 흐르게 된다.
여기서, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 변압기 1차측에 흐르는 전류는 감소 하게 된다. 그 이유는, 도 6h 우측에 도시한 바와 같이, 상기 제 6 구간(⑥)에서, 상기 외부전극 형광램프의 양쪽 전극에 벽전하가 쌓이고 난 뒤, 램프에 전압을 0V로 인가하게 되면, 상기 제 7 구간(⑦)에서는, 전극에 쌓였던 벽전하들의 일부가 서로 상쇄되면서 반대방향으로 전류가 급격하게 증가하게 되며, 그 이후 상기 벽전하의 이동이 완료되게 되는데, 상기 제 8 구간(⑧)에서도 이러한 상태가 지속되기 때문이다.
그 이후, 상기 제 8 구간(⑧)의 다음 구간은 상기 제 1 구간(①) 내지 제 8 구간(⑧)이 반복적으로 실행된다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법에 의하면, 상기 외부전극 형광램프를 자기 방전(Self-Excitation) 구동시킴으로써, 냉음극 형광램프에 비해 효율 및 휘도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 사인파 구동방법에 의해서만 발광하는 냉음극 형광램프와는 달리, 상기 외부전극 형광램프는 자기 방전(Self-Excitation)이 가능하므로, 이에 따라 구형파 전압을 인가할 수 있기 때문에, 풀-브릿지(Full-Bridge) 인버터 스위치 소자의 스위칭 제어를 효과적으로 할 수 있는 이점이 있다.
아울러, 풀-브릿지(Full-Bridge) 인버터를 사용하고, 상기 외부전극 형광램프를 구동하기 위한 구형파 전압 주파수가, 상기 외부전극 형광램프의 캐패시턴스와 변압기의 기생 인덕턴스에 의해 정해지는 공진 주파수의 실질적인 1/2 정도의 영역에서 상기 변압기 1차측으로 인가되어, 상기 외부전극 형광램프를 자기 방전으로 발광시킴으로써, 고효율과 고휘도를 얻을 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 외부전극 형광램프를 구동하기 위한 구형파 전압을 변압기 1차측으로 인가하는 단계; 및
    상기 구형파 전압의 주파수가, 상기 외부전극 형광램프의 캐패시턴스와 변압기의 기생 인덕턴스에 의해 정해지는 공진 주파수의 실질적인 1/2 정도의 영역에서 상기 변압기 1차측으로 인가되어, 상기 외부전극 형광램프를 자기 방전으로 발광시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법
  2. 제 1항에 있어서, 상기 공진 주파수의 실질적인 1/2 정도의 영역은:
    상기 구형파 전압의 주파수를 상기 공진주파수로 나눈 값을 동작 주파수(F)라 할 때, 상기 동작 주파수(F)가 0.4≤F(S)≤0.6의 주파수 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법
  3. 제 1항에 있어서, 상기 외부전극 형광램프는:
    상기 변압기 1차측의 일측 단자로 제 1 제어 신호에 의해 전원 전압을 공급하는 제 1 스위치 소자;
    상기 변압기 1차측의 일측 단자로 제 2 제어 신호에 의해 그라운드 전압을 공급하는 제 2 스위치 소자;
    상기 변압기 1차측의 타측 단자로 제 3 제어 신호에 의해 전원 전압을 공급하는 제 3 스위치 소자; 및
    상기 변압기 1차측의 타측 단자로 제 4 제어 신호에 의해 그라운드 전압을 공급하는 제 4 스위치 소자;를 구비한 풀-브릿지(Full-Bridge) 인버터로 구동되는 것을 특징으로 하는 백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 외부전극 형광램프를 자기 방전으로 발광시키는 단계는:
    상기 제 1 및 제 4 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 2 및 제 3 스위치 소자가 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 전원 전압(Vdc)이 인가되는 단계;
    상기 제 4 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 내지 제 3 스위치 소자가 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 0V의 전압이 인가됨에 따라 자기 방전이 발생되는 단계;
    상기 제 2 및 제 4 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 및 제 3 스위치 소자가 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 0V의 전압이 인가됨에 따라 자기 방전이 발생되는 단계;
    상기 제 2 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 스위치와 제 3 스위치 및 제 4 스위치가 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 0V의 전압이 인가됨에 따라 자기 방전이 발생되는 단계;
    상기 제 2 스위치 및 제 3 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 스위치 소자 및 상기 제 4 스위치 소자는 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 역전원 전압(-Vdc)이 인가되는 단계;
    상기 제 2 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 스위치 소자와 제 3 스위치 및 제 4 스위치가 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 0V의 전압이 인가됨에 따라 자기 방전이 발생되는 단계;
    상기 제 2 및 제 4 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 및 제 3 스위치 소자가 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 0V의 전압이 인가됨에 따라 자기 방전이 발생되는 단계; 및
    상기 제 4 스위치 소자가 턴-온되고, 상기 제 1 내지 제 3 스위치 소자가 턴-오프되어, 상기 변압기 1차측에 0V의 전압이 인가됨에 따라 자기 방전이 발생되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트용 외부전극 형광램프 인버터의 구동방법
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