KR20090010659A - 인버터 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PWM 스위칭소자로 된 브리지 방식의 인버터회로에 관한 것으로서, PWM 스위칭소자의 제어단자에 인가된 제어단자 전압을 방전시키는 방전 스위칭소자를 구비함을 특징으로 한다. 본 발명은 적어도 2개 이상의 PWM 스위칭소자를 사용하여 교류 변환하는 브리지 회로로서 구현되는 스위칭 회로부와, 상기 스위칭 회로부로부터 출력되는 전압을 변환하여 출력하는 트랜스포머를 포함하며, 상기 스위칭 회로부는 상기 PWM 스위칭소자의 제어단자와 출력단자 사이에 연결되어 있는 방전 스위칭소자를 각각 가지고 있으며, 상기 방전 스위칭소자는 연결되어 있는 해당 PWM 스위칭소자가 구동 오프될 때 상기 PWM 스위칭소자에 걸려있는 제어단자 전압을 방전시킴을 특징으로 한다.

인버터, BLU, 브리지, 트랜스포머, 스위칭, PWM, MOSFET, 트랜지스터

Description

인버터 회로{Inverter circuit}

도 1은 풀 브리지 방식의 스위칭을 이용하여 백라이트유닛을 구성할 때 냉음극 형광램프(CCFL)를 구동하는 인버터 회로도이다.

도 2는 풀 브리지 방식의 스위칭 회로부의 개념도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 백라이트유닛을 구성할 때 인버터 회로 개념도이다.

도 4는 PWM 스위칭소자가 MOSFET으로 구현되고, 방전 스위칭소자가 PNP 트랜지스터로 구현될 때의 풀 브리지 방식의 스위칭 회로부를 갖는 인버터 회로도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 구동IC 20: 풀 브리지 회로

21: MOSFET 22:방전 스위칭소자

25: 트랜스포머

본 발명은 PWM 스위칭소자로 된 브리지 방식의 인버터회로에 관한 것이다.

LCD 모듈 등의 액정표시모듈은 자체 발광력이 없어 광원으로 백라이트유닛(BLU; backlight unit)을 사용하는데, 백라이트유닛의 광원으로는 냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp)가 램프로 이용될 수 있다. 상기 냉음극 형광램프는 소형이면서 고휘도 발광이 가능하다.

도 1은 풀 브리지 방식의 스위칭을 이용하여 백라이트유닛을 구성할 때 냉음극 형광램프(CCFL)를 구동하는 인버터 회로도이다.

인버터에서 사용하는 스위칭 회로부는 보통 도 2와 같은 풀 브리지(full bridge) 방식의 스위칭 회로(20)를 사용한다. 이러한 풀 브리지 방식의 스위칭 회로(20)의 각 MOSFET을 도 1의 점선에 도시하였는데, 트랜스포머의 1차측으로 MOSFET의 출력이 각각 입력된다. 또한, 드라이브 IC에서 출력되는 게이트 신호는 저항(R1)을 거쳐 MOSFFE의 게이트(gate)로 입력된다. 상기와 같은 구조하에서, 구동 IC(10)로부터 각 게이트 신호(HDR1, HDR2, LDR1, LDR2)가 하이(high)가 입력되면 게이트에 연결된 저항(R1)을 통해 각 MOSFET은 턴온되며, 반대로 게이트 신호가 로우(low)가 입력되면 다이오드(D1)를 통해 커패시터(C1)의 게이트 전압이 방전된다.

그런데, 이러한 동작이 이루어질 때, 인버터 설계할 때 한정된 PCB 사이즈와 MOSFET 등의 변동이 어렵기 때문에 MOSFET의 발열이 문제가 된다. 즉, 스위칭 회로부의 발열은 PCB의 온도를 상승시키고 또한 주변 온도를 상승시켜서 스위칭 회로부 주위의 트랜스포머의 온도 또한 상승시킨다. 따라서 스위칭 회로부의 발열로 인해 인버터의 설계 규격상의 온도를 유지하기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 인버터 회로 설계 시에 발열을 개선시킨다.

본 발명은 적어도 2개 이상의 PWM 스위칭소자를 사용하여 교류 변환하는 브리지 회로로서 구현되는 스위칭 회로부와, 상기 스위칭 회로부로부터 출력되는 전압을 변환하여 출력하는 트랜스포머를 포함하며, 상기 스위칭 회로부는 상기 PWM 스위칭소자의 제어단자와 출력단자 사이에 연결되어 있는 방전 스위칭소자를 각각 가지고 있으며, 상기 방전 스위칭소자는 연결되어 있는 해당 PWM 스위칭소자가 구동 오프될 때 상기 PWM 스위칭소자에 걸려있는 제어단자 전압을 방전시킴을 특징으로 한다.

또한, 상기 브리지 회로는 4개의 PWM 스위칭소자를 사용하여 교류 변환하는 풀 브리지 회로, 또는, 2개의 PWM 스위칭소자를 사용하여 교류 변환하는 하프 브리지 회로임을 특징으로 한다.

또한, 상기 PWM 스위칭소자는 제어단자인 게이트로 입력되는 하이/로우 신호에 따라 스위칭이 이루어지는 MOSFET으로 구현되며, 상기 방전 스위칭소자는 상기 PWM 스위칭소자가 구동 오프될 때 구동 온되는 트랜지스터로 구현된다.

또한, 상기 트랜지스터는 PNP형으로 구현되며, 상기 PWM 스위칭소자의 제어단자에 연결되는 이미터와 제어신호를 출력하는 구동IC 출력단의 저항에 연결된 베이스와, 상기 PWM 스위칭소자의 출력단자에 연결된 컬렉터를 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 백라이트유닛을 구성할 때 인버터 회로 개념도이다.

백라이트 유닛에 사용되는 인버터가 2개의 PWM 스위칭 소자로 된 하프 브리지(half bridge) 회로, 4개의 PWM 스위칭 소자로 된 풀 브리지(full bridge) 회로를 이용하여 교류 신호로 변환하여 트랜스포머에 제공하는데, 이하의 실시 예 설명에서는 풀 브리지 회로를 예로 들어 설명한다.

인버터는 트랜스포머(25)에 교류 신호를 공급하는 스위칭 회로부를 구비하는데, 상기 스위칭 회로부는 4개의 PWM 스위칭소자(21)로서 구현되는 풀 브리지 회로로 이루어진다. 따라서 상기 풀 브리지 회로는 4개의 PWM 스위칭소자(21)로서 브리지 회로가 구성되어 있어 변환한 교류신호를 트랜스포머(25)로 공급한다. 상기 PWM 스위칭소자(21)는 구동IC(10)에서 출력되는 구동신호를 PWM스위칭하는 소자로서, MOSFET 등의 전계효과트랜지스터 등으로서 구현된다.

본 발명은 각 PWM 스위칭소자(21)의 제어단자(G)와 출력단(S) 사이에 방전 스위칭소자(22)를 두어, PWM 스위칭소자(21)가 구동 오프될 때 PWM 스위칭소자의 제어단자의 제어단자 전압을 상기 방전스위칭소자(22)를 통해 방전시키도록 한다. 이를 위하여, 상기 방전 스위칭소자(22)는 PWM 스위칭소자의 구동과 반대로 구동되도록 설계하여, PWM 스위칭소자가 구동 오프될 때 상기 방전 스위칭소자는 구동 온되도록 하여 PWM 스위칭 소자에 걸려있는 제어단자 전압을 방전시키는 특징을 가진다.

종래에는 이러한 방전 스위칭소자가 구현되어 있지 않아서 PWM 스위칭소자(21)의 턴오프 시간이 길어져서 발열이 발생하는 문제가 있으나, 본 발명과 같이 PWM 스위칭소자의 제어단자에 방전 스위칭소자를 구비하여, PWM 스위칭소자 구동 오프가 될 때 방전 스위칭소자를 통해 방전하여 턴오프 시간을 줄일 수 있게 되어, 스위칭 손실이 줄어들게 되고 최종적으로 PWM 스위칭소자의 발열이 줄어든다.

도 3의 인버터 회로 개념도를 좀 더 상세하게 도 4의 회로도에 도시하였는데, 도 4는 상기 PWM 스위칭소자가 MOSFET으로 구현되고, 방전 스위칭소자가 PNP 트랜지스터로 구현될 때의 풀 브리지 방식의 스위칭 회로부를 갖는 인버터 회로도이다.

PWM 스위칭소자를 전계효과트랜지스터인 MOSFET 으로 구현하였을 때, 브리지 회로 내의 각 MOSFET(21)의 제어단자인 게이트(G)에는 PNP 트랜지스터(22)의 이미터(E)가 연결된다. 또한, 상기 MOSFET)(21)의 게이트에는 저항과 다이오드가 연결 되어 있어, 저항을 통해 구동IC의 제어신호가 게이트로 인가된다. 또한, PNP 트랜지스터(22)의 컬렉터와 MOSFET(21)의 출력단인 소스단(S)이 연결된다.

일반적으로 MOSFET의 경우, 게이트(G)와 소스(S) 사이에 하나의 커패시터(Capacitor) 성분이 만들어지게 되는데 그 성분을 표시한 것이 파라미터 CISS이다. MOSFET이 구동 온 동작하기 위해서는 이러한 커패시터에 전하를 충전하고 이러한 충전 시간만큼의 딜레이가 발생한다. 또한, MOSFET이 구동 오프하기 위해서는 커패시터의 모든 전하가 방전되어야 하는데, 본 발명에 의해 제안하는 PNP 트랜지스터를 통해 MOSFET의 게이트 전압이 방전되는 것이다.

즉, MOSFET(21)이 구동 오프될 때 상기 PNP 트랜지스터(22)는 구동 온되어 MOSFET(21)의 게이트(G)에 걸려있는 게이트단자 전압이 PNP 트랜지스터(22)를 통해 방전되는 되는 것이다. 상술하면, 구동IC에서 제어신호인 각 게이트 신호(HDR1, HDR2, LDR1, LDR2)를 MOSFET의 게이트(G)에 공급하는데, 이러한 게이트 신호가 저항(R1)을 통해 하이(high)로 입력되면 MOSFET(21)이 턴온된다. 이 후, 게이트 신호가 로우(LOW)가 입력되면 다이오드(D1)를 통해 게이트 전압이 방전됨과 동시에 본 발명에 의해 새롭게 추가된 PNP 트랜지스터(22)를 통해 방전됨에 의해 게이트 전압이 방전된다. 이와 같은 원리로 MOSFET의 턴오프 시간이 줄어들게 되고, 스위칭 손실이 줄어들어 MOSFET의 발열이 개선된다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니 라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.

상기에서 기술한 바와 같이 본 발명은, 풀 브리지 회로 내의 PWM 스위칭소자가 턴오프 될 때 제어단자 전압을 방전시킬 수 있는 트랜지스터를 추가함으로써 턴오프 시간을 줄여 발열을 개선시키는 효과가 있다. 또한, 발열 개선으로 인해 PCB의 발열이 개선되고 이로 인해 온도가 낮아져 결국 트랜스포머의 발열이 개선되는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 적어도 2개 이상의 PWM 스위칭소자를 사용하여 교류 변환하는 브리지 회로로서 구현되는 스위칭 회로부;

   상기 스위칭 회로부로부터 출력되는 전압을 변환하여 출력하는 트랜스포머를 포함하며,

   상기 스위칭 회로부는 상기 PWM 스위칭소자의 제어단자와 출력단자 사이에 연결되어 있는 방전 스위칭소자를 각각 가지고 있으며, 상기 방전 스위칭소자는 연결되어 있는 해당 PWM 스위칭소자가 구동 오프될 때 상기 PWM 스위칭소자에 걸려있는 제어단자 전압을 방전시키는 인버터.
2. 제1항에 있어서, 상기 브리지 회로는 4개의 PWM 스위칭소자를 사용하여 교류 변환하는 풀 브리지 회로임을 특징으로 하는 인버터.
3. 제1항에 있어서, 상기 브리지 회로는 2개의 PWM 스위칭소자를 사용하여 교류 변환하는 하프 브리지 회로임을 특징으로 하는 인버터.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 PWM 스위칭소자는 제어단자인 게이트로 입력되는 하이/로우 신호에 따라 스위칭이 이루어지는 MOSFET으로 구현되는 인버터.
5. 제1항에 있어서, 상기 방전 스위칭소자는 상기 PWM 스위칭소자가 구동 오프될 때 구동 온되는 트랜지스터로 구현되는 인버터.
6. 제5항에 있어서, 상기 트랜지스터는 PNP형으로 구현되며,

   상기 PWM 스위칭소자의 제어단자에 연결되는 이미터;

   제어신호를 출력하는 구동IC 출력단의 저항에 연결된 베이스;

   상기 PWM 스위칭소자의 출력단자에 연결된 컬렉터

   를 포함하는 인버터.

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