KR20070086980A - 감소된 전류 스파이크를 만드는 단일 출력 ｅｌ 구동기 - Google Patents

감소된 전류 스파이크를 만드는 단일 출력 ｅｌ 구동기 Download PDF

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해롤드 기 이
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Abstract

EL 램프에 교류 전류를 공급하기 위한 인버터는 제 1 충전 경로(43,45), 제 1 방전 경로(46), 제 2 충전 경로(44,47), 제 2 방전 경로(48)를 포함하고, 상기 경로들은 노드(49)에서 교차하고, 상기 노드는 교류전류가 흐르는 인버터의 출력부이다. 상기 충전 경로는 공통 인덕터를 갖는 유도성 부스트 회로를 포함한다.

Description

감소된 전류 스파이크를 만드는 단일 출력 ＥＬ 구동기{SINGLE OUTPUT EL DRIVER PRODUCING REDUCED CURRENT SPIKES}
본 발명은 전자발광(EL) 램프에 관한 것으로, 특히 하나의 전극이 접지된 EL 램프를 통해 보다 낮은 크기의 전류 스파이크를 만드는 인버터에 관한 것이다.
EL 램프는 하나의 전극이 투명한 두 개의 도전 전극들 사이의 유전층 및 인 분말을 포함하는 유전층을 갖는 커패시터이다. EL 램프는 커패시터이기 때문에, 교류 전류(AC)는 인이 빛을 내도록 인가되어야 하고, 그렇지 않고 커패시터가 인가된 전압과 전류로 충전되지 않으면 EL 램프는 정지하게 된다. 인 입자는 비교적 적은 전류를 이용하여 강한 전기장이 존재할 때 빛을 복사한다. 여기서 사용된, EL "패널(panel)"은 하나 이상의 발광 영역을 포함하는 하나의 시트이고, 각각의 발광 영역은 하나의 EL "램프"이다.
휴대용 전자 장치, 자동차 디스플레이, 및 전력원이 저전압 배터리인 기타 분야에서, EL 램프는 직류를 교류로 변환하는 인버터에 의해 전력이 공급된다. EL 램프가 충분히 빛을 방출하기 위해, 약 120 볼트를 넘는 피크-대-피크 전압이 필요하다. 실제전압은 램프의 구성에 의존하며, 특히 인 분말의 필드 세기에 의존한다. EL 램프를 통과하는 교류의 주파수는 램프의 수명에 영향을 주며, 주파수는 200 헤르쯔 내지 1000 헤르쯔인 것이 바람직하다. 200 헤르쯔 아래의 주파수에서 인 내에 이온 이동이 발생한다. 1000 헤르쯔 이상에서, 인의 수명은 주파수에 반비례한다.
통상적으로 EL 램프용 인버터는 인덕터에 저장된 에너지가 고전압에서 작은 전류로서 EL 램프에 공급되는 "플라이백" 인버터로서 알려져 있다. 만약 배터리, 인덕터, 및 EL 램프를 포함하는 시스템으로서 고려하면, 종래 기술은 램프를 통과하는 교류를 얻기 위해 이들 부재들 중 하나를 스위칭하는 것을 개시한다.
도 1은 EL 램프가 스위칭되는 미국특허 4,527,096(킨들만)에 기초한 개략도이다. 트랜지스터(14)가 턴온될 때, 전류는 인덕터(15)를 통과하여 흐르고, 인덕터에 의해 생성된 자기장에서 에너지를 저장한다. 트랜지스터(14)가 셧오프될 때, 자기장은 트랜지스터(14)의 턴-오프 특성에 의해 결정되는 비율로 사라지게 된다. 인덕터(15) 양단의 전압은 자기장이 사라지는 비율에 비례한다. 따라서, 낮은 전압과 큰 전류는 작은 전류의 큰 전압으로 변환된다.
전류 펄스는 AC 디아고널(diagonal)을 가로질러 접속된 EL 램프(12)를 갖는 스위칭 브리지의 DC 디아고널에 다이오드(16)를 통해 결합된다. 브릿지의 마주하는 다리들의 트랜지스터는 램프(12)로의 접속을 교호적으로 역전시키도록 수행된다. 브릿지 트랜지스터는 트랜지스터(14)보다 낮은 주파수에서 스위칭한다. 4개의 브릿지 트랜지스터는 고전압 부품이며 회로의 크기와 비용을 현저하게 증가시킨다. 회로는 단일 종결이 아니. 즉 램프(12) 일측을 접지시키지 않는다. 인덕터(15)는 램프(12)로 직접 방전하여 전류 스파이크를 만든다. 킨들만 특허에 개시 된 브릿지 회로는 스위칭 트랜지스터가 포스트(post)를 형성하고 EL 램프가 H의 크로스-바를 형성하는 H-브릿지 출력으로 불린다
미국특허 5,436,283(샌더슨)는 도 1에 도시된 회로의 변형을 개시한다. 상기 변형은 브릿지의 DC 디아고널을 가로질러 접속된 저장 커패시터 및 브리지의 두 개의 상부 다리 각각의 일정한 전류 소스를 포함한다. 이는 전류 스파이크를 감소시키지만 단일 종결 출력부를 제공하지 않는다. 미국특허 5,686,797(샌더슨)는 '283 특허와 동일한 명세서를 포함한다.
도 2는 미국 특허 5,313,141(킴볼)에 개시된 도이다. 미국특허 5,668,703(로시 등)은 인덕터가 교류를 얻기 위해 스위칭되는 실질적으로 동일한 회로를 개시한다. 인버터(20)는 공급 단자(21), 접지 단자(22), 및 고전압 단자(23)를 갖는 세 개의 단자 장치이다. 인버터(20) 내에서 제 1 스위칭 회로(25)는 인덕터(26)를 통과하는 전류 펄스를 펌핑하고 제 2 스위칭 회로(27)는 인덕터(26)로부터 고전압 단자(23)를 통해 EL 램프(12)로 전류 펄스를 접속시킨다.
스위칭 회로(25)는 공급 단자(21)와 접지 단자(22) 사이의 인덕터(26)와 직렬 회로를 형성하는 스위치(31 및 32)를 포함한다. 스위칭 회로(27)는 인덕터(26)의 각각의 단부와 고전압 단자(23) 사이에 접속된 스위치(33 및 34)를 포함한다. 특히 스위치(33)는 인덕터(26)의 단부(37)와 고전압 단자(23) 사이에 접속된다. 스위치(34)는 인덕터(26)의 단부(38)와 고전압 단자(23) 사이에 접속된다.
스위치(31 및 34)가 폐쇄(도전)되고 스위치(33)가 개방(비도전)될 때, 스위치(32)는 고주파수로 개방 및 폐쇄되어, 인덕터(26)의 단자(38)로부터 스위치(34) 를 통해 고전압 단자(23)에 접속되는 일련의 고전압 펄스를 형성한다. 스위치(32)가 개방될 때, 인덕터(26)의 자기장은 소멸하고 스위치(32)가 개방되기 전과 동일한 방향으로 전류게 흐르게 한다. 남아있는 전류 경로만이 스위치(34)를 통해 램프(12)에 연결되고 램프(12)의 상부 전극을 양으로 충전한다. 다이오드(35)는 스위치(32)가 폐쇄될 때 램프(12)로부터 접지까지 전류를 차단한다.
사이클의 제 2 절반(half)에서, 스위치(32)는 폐쇄되고 폐쇄된 채로 남아 있으며, 스위치(34)는 개방되고 개방된 채로 남아 있으며, 스위치(33)는 폐쇄되고 폐쇄된 채로 남아 있다. 스위치(31)는 고주파수로 개방 및 폐쇄되고, 인덕터(26)를 통해 일련의 전류 펄스를 형성한다. 이러한 사이클의 제 2 절반 동안, 인덕터(36)의 단자(37)는 스위치(33)를 통해 램프(12)에 접속된다. 스위치(31)가 개방될 때, 인덕터(26)의 소멸하는 전기장은 스위치(31)가 개방되기 전과 동일한 방향으로 전류가 흐르도록 시도한다. 단자(37)가 램프(12)에 접속된 이후에, 이러한 전류는 램프(12)로부터 끌려오고, 램프(12)의 상부 전극을 방전시키며 결국 상부 전극을 음으로 충전한다. 다이오드(36)는 스위치(31)가 폐쇄될 때 램프(12)로부터 공급 단자(21)까지 전류를 차단한다. 주어진 수의 고주파 펄스 이후에, 램프(12)의 상부 전극은 피크 음 전압에 있고 사이클은 종료된다.
도 3은 배터리가 교류를 얻기 위해 스위칭되는 미국특허 5,854,539(페이스 등)에 기초한 회로의 기능도이다. 회로는 배터리 접속이 램프 접속 대신에 주기적으로 반저되는 것을 제외하면 도 1의 회로와 유사하게 동작한다. 인덕터(41)는 EL 램프(12)로 직접 전류를 덤핑(dump)하여, 바람직하지 않은 전류 스파이크를 형성한 다. 도 1에 도시된 회로와 같이, 램프(12)의 하나의 단자는 접지되지 않을 수 있다.
단일 종결 출력부를 갖는 인버터는 브릿지 타입의 출력부를 갖는 인버터에 비해 많은 장점을 가지며 시장에서 매우 선호되고 있다. 안타깝게, 이러한 장점은 교환(trade-off)를 갖는 것이다. 즉 인덕터는 EL 램프로 직접 방전되어 과도한 전력 소모, 감소된 효율, 및 약 15 cm2보다 넓은 면적을 갖는 일부 고임피던스 EL 램프를 구동시키는 어려움을 야기하는 전류 스파이크를 형성한다. 특히, 키 패드의 후방발광을 위한 일부 얇은 스크린 인쇄 EL 램프는 높은 임피던스를 나타낸다. 다른 램프들도 재료와 두께에 따라서 그러하다. EL 램프는 입방 센티미터 당 0.47 nf의 공칭 커패시턴스를 갖는다. 인덕터가 약 10 nf 이상의 커패시터로 직접 방전하는 것은 심각한 전류 스파이크를 야기할 수 있다. 인버터를 구현하는데 사용된 반도체 부품은 인덕터로부터의 높은 전압뿐만 아니라 전류 스파이크도 견뎌야 한다. 이는 집적 회로로서 인버터를 구현하는 비용을 증가시키고 인버터를 제조하는데 사용될 수 있는 기술을 제한한다.
따라서 상기 관점에서, 본 발명의 목적은 단일 종결 출력부와 감소된 전류 스파이크를 갖는 인버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 바이폴라 또는 CMOS 기술로 구현될 수 있는 단일 종결 인버터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 단일 종결 출력부를 갖는 인버터의 효율을 향상시 키는 것이다.
상기 목적들은 교류를 EL 램프에 공급하기 위한 인버터가 제 1 충전 경로, 제 1 방전 경로, 제 2 충전 경로, 제 2 방전 경로를 가지며, 상기 경로들이 노드에서 교차하고, 상기 노드가 교류가 흐르는 인버터의 출력인 본 발명에 의해 달성된다. 충전 경로는 공통 인덕터를 갖는 유도성 부스트 회로를 포함한다.
첨부된 도면과 함께 하기 상세한 설명에 의해 본 발명을 보다 완전히 이해할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 구성된 인버터의 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따라 구성된 인버터의 개략도이다.
도 3은 종래 기술에 따라 구성된 인버터의 개략도이다.
도 4는 본원 발명에 따라 구성된 인버터의 블록도이다.
도 5는 본원 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 인버터의 개략도이다.
도 6은 도 4에 도시된 회로의 다양한 포인트에서 신호의 차트이다.
도 4는 본 발명에 따라 구성된 인버터의 블록도이다. EL 램프(12)는 양의 고전압 공급부(43), 음의 고전압 공급부(44), 및 스위치(45,46,47,48)를 포함하는 인버터에 의해 전력이 공급된다. 스위치(46)는 램프(12)를 기준(1)에 결합한다. 스위치(48)은 램프(12)를 기준(2)에 결합한다. 기준(1)은 저전압 공급부 이거나 공통이고 기준(2)는 기준(1)과 독립된 저전압 공급부이거나 공통이다. 따라서, 도 4는 회로의 4 개의 조합 중 임의의 하나를 나타낸다. 충전 및 방전 경로는 공통 노드(49)를 가지며, 상기 노드는 인버터를 위한 단일 종결 출력 단자이다.
스위치(45)는 공급부(43)로부터 램프(12)를 충전하기 위해 폐쇄되고 스위치(46)는 램프(12)를 방전시키기 위해 폐쇄된다. 스위치(47)는 공급부(44)로부터 램프(12)를 충전하기 위해 폐쇄되고 스위치(48)는 램프(12)를 방전시키기 위해 폐쇄된다. 두 개의 스위치는 동시에 폐쇄된다. 스위치의 동작은 도시되지 않은 적절한 로직에 의해 제어된다. 스위치(46 및 48) 중 하나를 위한 양방향 반도체 스위치를 이용하면, 다른 스위치(46 및 48)는 제거될 수 있다. 그러나, 만약 방향성 전류 경로가 사용되면 보다 간단하게 구현된다. 따라서, 두 개의 방전 경로는 바람직한 실시예에 대해 도시되었다.
공급부(43 및 44)는 저전압 DC 예컨대 3-15 볼트를 고전압 DC, 예컨대 50-160 볼트로 변환하기 위한 임의의 공지된 회로일 수 있다. 독립된 공급부는 일부 장점을 제공하지만 비용을 포함하지 않는다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 고전압 공급부는 일부 부품을 공유한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 인버터의 개략도이다. 레일(51)은 배터리와 같은 저전압 DC의 소스에 연결된다. 레일(52)은 공통이다. 트랜지스터(53), 인덕터(54), 및 트랜지스터(55)는 레일(51)과 레일(52) 사이에 직렬로 결합된다. 다이오드(61)는 인덕터(54)의 일 단부를 커패시터(61)에 결합한다. 다이오드(63)는 인덕터(54)의 다른 단부를 커패시터(64)에 결합한다.
이러한 구성에서, 트랜지스터(53), 인덕터(54), 트랜지스터(55), 다이오드(61), 및 커패시터(62)는 음의 고전압 공급부를 구성한다. 유사하게, 트랜지스터(53), 인덕터(54), 트랜지스터(55), 다이오드(63), 및 커패시터(64)는 양의 고전압 공급부를 구성한다. 양전압을 생성하기 위해, 트랜지스터(53)는 도 6에 지시된 것처럼 신호 "Y"를 전도하지만, 트랜지스터(55)는 신호 "X"로 지시된 것처럼 펄스화된다. 결과는 커패시터(64)를 양으로 충전하는 다이오드(63)을 통해 일련의 고전압 출력 펄스이다. 음전압을 생성하기 위해, 트랜지스터(55)는 전도되지만 트랜지스터(53)는 펄스화되어 커패시터(62)를 양으로 충전하는 다이오드(61)를 통해 일련의 음의 고전압 출력 펄스를 만든다. 다이오드(61 및 62)는 반대 극성을 가지며, 이로써 반대 극성의 전압을 제공한다.
커패시터(64)의 양전압은 도 6의 곡선(73)으로 나타낸 제 1 구간 동안 트랜지스터971)와 저항기(72)를 통해 램프(12)에 결합된다. 트랜지스터(71)는 전도되지만 신호 "A"(도 6)는 높다. 전류 스파이크는 커패시터(64) 또는 저항기(72)에 의해 최소화되거나 흡수된다. 다음에 램프(12)는 도 6의 선(78)로 나타낸 제 2 구간 동안 다이오드(74), 트랜지스터(75), 및 저항기(76)를 통해 방전된다. 도 6에 의해 지시된 것처럼, 방전 펄스"B"는 램프(12)를 실질적으로 공통으로 방전시키는데 필요한 시간 보다 긴 기간 동안 높다.
이론적으로, 램프(12)는 유한 저항의 저항기를 통해 0 전압으로 방전되지 않는다. 여기서 중요한 것은 실제이며, 이론이 아니다. 램프(12)는 램프(12)에 인가된 전압의 극성이 과도 전류를 유발하지 않게 충분히 낮은 전압으로 방전되는 것 이다. 상기 설명처럼, 만약 두 개의 공급부 전압이 존재하고 공통이거나 공급부 또는 공통인 경우방전 회로는 하나의 공급 전압으로 기준이 된다. 따라서, 램프(12)의 잔류 전압은 공급 전압 더하기 일부 전압, 예컨대 ±20 볼트의 잔류 전압의 절대 크기만큼 클 것이다.
커패시터(62)의 음전압은 도 6의 곡선(83)에 의해 나타낸 다음 구간 동안 트랜지스터(81) 및 저항기(82)를 통해 램프(12)에 결합된다. 트랜지스터(81)는 전도되지만 신호 "C"(도 6)는 낮다. 전류 스파이크는 커패시터(62)와 저항기(82)에 의해 최소화되거나 흡수된다. 다음에 램프(12)는 도 6의 라인(88)로 나타난 다음 구간 동안 다이오드(84), 트랜지스터(85), 및 저항기(86)를 통해 방전된다. 도 6에 도시된 것처럼, 방전 펄스"D"는 램프(12)를 실질적으로 레일(51)에 방전시키는데 필요한 시간보다 긴 기간 동안 낮다. 도 6에 도시된 것처럼, 트랜지스터(71 및 81)는 램프(12)를 통해 교류를 생성하기 위해 교호적으로 전도되고 램프(12)를 방전시키기 위해 교류의 각각의 사이클의 두배를 주기적으로 동시에 전도하지 않는다.
잡음 감소를 위해 두 개의 상이한 비율로 EL 램프를 방전시키는 기술이 공지되어 있다; 미국 특허 5,789,870(렘슨)을 참조. 트랜지스터(91 및 92)는 램프(12)가 다소 방전된 후에 방전율을 높이기 위해 선택적이고 감소된 저항 전류 경로를 제공한다. 제어 신호 B'(미도시)는 펄스 B 이후에 시작하고 펄스 B와 함께 종료한다. 유사하게, 제어 신호 D'(미도시)는 펄스 D 이후에 시작하고 펄스 D와 함께 종료한다. 결과는 도 6에서 파형(V)의 쇄선으로 나타난 점진적 방전이고, 그 후에 보다 빠른 방전이 후속한다.
따라서 본 발명은 단일 종결 출력부 및 감소된 전류 스파이크를 갖는 인버터를 제공하며, 이로써 인버터의 효율을 향상시킨다. 인버터는 바이폴라 또는 CMOS 기술로 구현될 수 있다.
따라서 개시된 본 발명에서, 당업자는 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형을 가할 수 있다. 예컨대, 두 단계 방전을 위한 방전 전류 경로는 동일하거나 상이한 임피던스를 가질 수 있다; 즉 경로는 매칭되지 않아야 한다. 저항의 감소는 평행한 경로에서 이른다. 선택적으로, 동일한 효과를 얻기 위해 신호 B' 및 D' 각각에 의해 구동된 트랜지스터를 이용하여 저항기(76 및 86)를 회피할 수 있다. 다수의 트랜지스터는 단일 트랜지스터가 구현된 경우에 사용될 수 있다. 즉, 예컨대 두 개 이상의 트랜지스터는 전류 커패시티를 증가시키기 위해 병렬로 사용되거나 단일 트랜지스터가 도시된 전압 커패시티를 높이기 위해 직렬로 사용될 수 있다. 이는 종종 집적 회로 형태로 회를 구현할 때 사용된다. 동일한 기술이 수동 소자와 함께 사용된다.

Claims (9)

  1. EL 램프에 교류 전류를 공급하기 위한 인버터로서,
    양의 고전압으로 충전된 제 1 커패시터를 포함하는 제 1 충전 경로;
    제 1 방전 경로;
    음의 고전압으로 충전되는 제 2 커패시터를 포함하는 제 2 충전 경로; 및
    제 2 방전 경로
    를 포함하고 상기 경로들은 하나의 노드에서 교차하며, 상기 노드는 상기 교류 전류가 흐를 수 있는 상기 인버터의 출력부인, 인버터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 충전 경로는 상기 제 1 커패시터와 상기 노드 사이에 결합된 제 1 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 충전 경로는 상기 제 2 커패시터와 상기 노드 사이에 결합된 제 2 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 방전 경로는,
    제 1 기준 전위; 및
    상기 제 1 기준 전위와 상기 노드 사이에 결합된 제 3 트랜지스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 방전 경로는,
    제 2 기준 전위; 및
    사기 제 2 기준 전위와 상기 노드 사이에 결합된 제 4 트랜지스터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 기준 전위와 상기 제 2 기준 전위는 동일한 것을 특징으로 하는 인버터.
  7. 단일 출력 단자로부터 EL 램프로 교류 전류를 공급하기 위한 인버터로서,
    공급 레일(rail) 및 공통 레일;
    상기 공급 레일과 상기 공통 레일 사이에 직렬로 결합된 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터;
    제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 상기 제 1 트랜지스터와 상기 제 2 트랜지스터 사이에 직렬로 결합된 인덕터;
    제 1 커패시터;
    상기 제 1 단부를 상기 제 1 커패시터에 결합시키는 제 1 다이오드;
    제 2 커패시터;
    상기 제 2 단부를 상기 제 2 커패시터에 결합시키는 제 2 다이오드;
    상기 제 1 커패시터를 상기 출력 단자에 결합시키는 제 3 트랜지스터; 및
    상기 제 2 커패시터를 상기 출력 단자에 결합시키는 제 4 트랜지스터
    를 포함하고, 상기 제 1 다이오드와 상기 제 2 다이오드는 반대 극성을 가지며, 상기 제 3 트랜지스터와 상기 제 4 트랜지스터는 상기 교류 전류를 제공하기 위해 교호적으로 전도되는(conduct), 인버터.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 3 트랜지스터와 상기 제 4 트랜지스터는 주기적으로 동시에 비전도되는(non-conduct) 것을 특징으로 하는 인버터.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 3 트랜지스터와 상기 제 4 트랜지스터는 상기 교류 전류의 각각의 사이클의 두 배만큼 주기적으로 동시에 비전도되는 것을 특징으로 하는 인버터.
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