KR20090122119A - 형광 표시관의 구동 회로 - Google Patents

형광 표시관의 구동 회로 Download PDF

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후타바 덴시 고교 가부시키 가이샤
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Abstract

본 발명은 형광 표시관의 구동 회로에 있어서, 애노드 및 그리드에 인가하는 컷오프 바이어스 전압 발생용 제너 다이오드의 무효 전력(reactive power)의 발생 방지 회로를 간단하게 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 입력 전원(Vcc1), 1차 인덕턴스(L1), 스위칭 소자(Q1)로 이루어지는 폐회로, 결합 콘덴서(C1), 및 2차 인덕턴스(L2), 다이오드(D1), 제2 콘덴서(C2)로 이루어지는 폐회로로 구성되는 SEPIC 회로를 구비하고, 상기 제2 콘덴서(C2)에 형광 표시관(22)의 필라멘트(F)가 연결되어 있다. 필라멘트(F)의 부 전위측(F-)에는 제너 다이오드(ZD)가 연결되어 있다. 또한, 제너 다이오드(ZD)에는 입력 전원(Vcc2)이 연결되어 있다.
형광 표시관, 제너 다이오드, 무효전력, 애노드, 그리드

Description

형광 표시관의 구동 회로 {Drive Circuit of Fluorescent Display}
본원 발명은 형광 표시관의 구동 회로에 관한 것이다.
도 4를 참조하여, 종래의 형광 표시관의 구동 회로를 설명한다.
형광 표시관(12)은 진공 용기 내에 열 전자를 방출하는 필라멘트(F), 애노드 전극에 형광체를 피착한 복수개의 애노드(A1~An), 필라멘트(F)로부터 방출되는 전자를 제어하는 그리드(G1~Gm)를 구비하고 있다. 애노드(A1~An)에는 제어 회로(11)로부터 애노드 배선(a1~an)을 통하여 입력 전압(HV1)(직류 전압)이 선택적으로 인가되고, 그리드(G1~Gm)에는 제어 회로(11)로부터 그리드 배선(g1~gm)을 통하여 입력 전압(HV2)(직류 전압)이 선택적으로 인가된다. 필라멘트(F)에는 스위칭 소자(Tr1)를 통하여 입력 전압(HV3)(직류 전압)이 인가되고, 스위칭 소자(Tr1)에는 펄스 형상의 제어 전압(Vc1)이 인가된다. 입력 전압(HV1), 입력 전압(HV2) 및 입력 전압(HV3)은 일반적으로 동일 전압이 이용되고 있다. 스위칭 소자(Tr1)는 펄스 형상의 제어 전압(Vc1)에 의해 온/오프되기 때문에, 필라멘트(F)에는 입력 전압(HV3)이 스위칭 소자(Tr1)에 의해 잘려진(chopping) 펄스 형상의 직류 전압이 인가된다.
애노드(A1~An)는 1개 또는 복수개가 1개의 그리드와 대향하도록 배치되어 있 으며, 대향하는 애노드와 그리드가 동시에 선택되었을 때(입력 전압(HV1), (HV2)이 인가되었을 때), 형광체가 발광한다. 그러나, 선택되지 않은 애노드가 약하게 발광하는, 이른바 누설 발광이 생기는 경우가 있다. 이 누설 발광을 방지하기 위하여 애노드 및 그리드에 컷오프 바이어스 전압을 인가하는데, 이 컷오프 바이어스 전압의 발생에는 제너 다이오드(ZD)가 이용되고 있다(특허문헌 1, 2 참조).
도 4에서, 스위칭 소자(Tr1)가 온(ON)으로 되면, 필라멘트(F)에 필라멘트 전류가 흐르는데, 필라멘트 전류는 제너 다이오드(ZD)에도 흐르기 때문에, 제너 다이오드(ZD)에 무효 전력(reactive power)이 발생한다. 따라서, 제너 다이오드(ZD)에 스위칭 소자(Tr2)가 병렬로 연결되고, 상기 스위칭 소자(Tr2)를 펄스 형상의 제어 전압(Vc2)에 의해 온/오프 제어하는 회로가 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).
도 4에서, 스위칭 소자(Tr2)는 필라멘트 전류가 필라멘트(F)에 흐르는 기간 중에(스위칭 소자(Tr1)가 온(ON)인 동안에) 제어 전압(Vc2)에 의해 온(ON)으로 되어, 제너 다이오드(ZD)를 단락한다. 따라서, 이 기간 중에 필라멘트 전류는 제너 다이오드(ZD)에 흐르지 않기 때문에 무효 전력은 발생하지 않는다.
특허문헌 1 : 일본 특허공개 평2-190893호 공보
특허문헌 2 : 일본 특허공개 2007-72323호 공보
도 4의 구동 회로는 제너 다이오드(ZD)에 스위칭 소자(Tr2)가 병렬로 연결될 필요가 있으며, 아울러 스위칭 소자(Tr2)는 스위칭 소자(Tr1)의 온/오프와 관련시켜서 온/오프 제어를 행해야만 하므로, 그 제어가 복잡해진다.
본원 발명은 이러한 점을 감안하여, 컷오프 바이어스 전압 발생용 제너 다이오드에 스위칭 소자가 연결되지 않고, 필라멘트 전류가 제너 다이오드에 흐르지 않는 형광 표시관의 구동 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에 기재된 형광 표시관의 구동 회로는 필라멘트, 그리드 및 애노드를 구비한 형광 표시관의 그리드 및 애노드에 인가하는 컷오프 바이어스 전압 발생용 제너 다이오드가 입력 전원과 접지 사이에 연결되고, 필라멘트의 부 전위측에 상기 제너 다이오드의 캐소드와 입력 전원의 접속점이 연결된 형광 표시관의 구동 회로에 있어서, 입력 전원, 1차 인덕턴스, 스위칭 소자로 이루어지는 입력측 폐회로, 결합 콘덴서, 및 2차 인덕턴스, 다이오드, 콘덴서로 이루어지는 출력측 폐회로를 구비한 SEPIC 회로의 출력 전압을 필라멘트에만 인가하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 형광 표시관의 구동 회로는 청구항 1에 기재된 형광 표시관의 구동 회로에 있어서, 상기 입력측 폐회로는 입력 전원, 1차 인덕턴스, 스위칭 소자가 직렬로 연결되고, 상기 출력측 폐회로는 2차 인덕턴스, 다이오드, 콘덴서가 직렬로 연결되고, 1차 인덕턴스와 스위칭 소자의 접속점 및 2차 인덕턴스와 다이오드의 접속점에 상기 결합 콘덴서가 연결되는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 형광 표시관의 구동 회로는 청구항 2에 기재된 형광 표시관의 구동 회로에 있어서, 상기 출력측 폐회로의 콘덴서와 필라멘트는 부하측 폐회로를 형성하고 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 형광 표시관의 구동 회로는 청구항 3에 기재된 형광 표시관의 구동 회로에 있어서, 상기 출력측 폐회로의 콘덴서에 반대 극성의 2개의 스위칭 소자가 직렬 연결된 회로가 병렬로 연결되고, 양쪽 스위칭 소자의 접속점에 필라멘트의 정 전위측이 연결되는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재된 형광 표시관의 구동 회로는 청구항 3에 기재된 형광 표시관의 구동 회로에 있어서, 상기 출력측 폐회로의 콘덴서에 반대 극성의 2개의 스위칭 소자가 직렬 연결된 회로가 2개 병렬로 연결되고, 상기 양쪽 회로의 양쪽 스위칭 소자의 접속점에 필라멘트의 양단이 연결되는 것을 특징으로 한다.
본원 발명의 형광 표시관의 구동 회로는 2차 인덕턴스, 다이오드, 콘덴서에 의해 SEPIC 회로의 출력측 폐회로를 형성하고, 상기 콘덴서와 필라멘트에 의해 부하측 폐회로를 형성하므로, 컷오프 바이어스 전압 발생용 제너 다이오드는 양쪽 폐회로에 포함되지 않는다. 따라서, 출력측 폐회로의 출력 전압은 필라멘트(F)에만 인가되고, 제너 다이오드에는 인가되지 않는다. 필라멘트 전류는 필라멘트(F)에만 흐르고, 제너 다이오드에는 흐르지 않기 때문에, 제너 다이오드에는 필라멘트 전류 에 의한 무효 전력은 발생하지 않는다. 또한, 본원 발명의 형광 표시관의 구동 회로는 종래의 구동 회로와 같이 제너 다이오드에 상기 제너 다이오드의 단락용 스위칭 소자가 연결될 필요가 없으므로, 무효 전력 발생 방지 회로가 간단해지고, 아울러 상기 단락용 스위칭 소자의 제어 수단도 필요하지 않다.
또한, 본원 발명의 형광 표시관의 구동 회로는 SEPIC 회로의 입력측 폐회로의 스위칭 소자의 온/오프를 제어하는 제어 신호의 듀티비 등을 변화시킴으로써 필라멘트(F)에 인가하는 전압을 조정할 수도 있다.
도 1a 내지 도 3을 참조하여 본원 발명의 실시예에 따른 형광 표시관의 구동 회로를 설명한다. 또한, 각 도면에 공통된 부분은 동일한 부호를 사용하고 있다.
(실시예)
먼저, 도 1a 내지 도 1e에 대하여 설명한다.
도 1a는 형광 표시관의 구동 회로를 나타내고, 도 1b는 구동 회로의 점 A의 전위를 나타내고, 도 1c는 구동 회로의 점 B의 전위를 나타내고, 도 1d는 구동 회로의 인덕턴스(L1, L2)의 전류를 나타내고, 도 1e는 스위칭 소자(Q1)의 온/오프의 상태를 나타낸다.
도 1a에서, 참조번호 21은 제어 회로, 22는 형광 표시관, Vcc1, Vcc2는 직류의 입력 전원이다. 형광 표시관(22)은 도 4의 형광 표시관과 동일하고, n개의 애노드(A1~An), m개의 그리드(G1~Gm), 열 전자를 방출하는 필라멘트(F)를 구비하고 있다. 애노드(A1~An), 그리드(G1~Gm)는 각각 도시하지 않은 애노드 배선, 그리드 배 선에 연결되고, 각각의 배선으로부터 선택적으로 구동 전압이 인가된다. 필라멘트(F)는 후술하는 SEPIC 회로의 출력 전압(구동 전압)이 인가된다. 또한, 스위칭 소자(Q1)는 제어 전원(SP)으로부터 공급되는 펄스 형상의 제어 신호에 의해 온/오프를 반복한다. ZD는 애노드(A1~An), 그리드(G1~Gm)에 인가하는 컷오프 바이어스 전압 발생용 제너 다이오드로, 입력 전원(Vcc2)과 접지 사이에 연결되어 있으며, 해당 캐소드는 필라멘트(F)의 부 전위측(F-)에 연결되고, 해당 애노드는 접지되어 있다.
도 1a의 구동 회로는 입력 전원(Vcc1), 1차 인덕턴스(L1), 스위칭 소자(Q1)로 이루어지는 입력측의 폐회로(입력측 폐회로라 함)와 2차 인덕턴스(L2), 다이오드(D1), 제2 콘덴서(C2)로 이루어지는 출력측의 폐회로(출력측 폐회로라 함)를 구비하고, 양쪽 폐회로는 제1 콘덴서(결합 콘덴서)(C1)에 의해 연결되어 있다. 제1 콘덴서(C1)는 1차 인덕턴스(L1) 및 스위칭 소자(Q1)의 접속점과, 2차 인덕턴스(L2) 및 다이오드(D1)의 애노드의 접속점 사이에 연결되어 있다. 제2 콘덴서(C2)와 다이오드(D1)의 캐소드의 접속점은 필라멘트(F)의 정 전위측(F+)에 연결되고, 제2 콘덴서(C2)와 2차 인덕턴스(L2)의 접속점은 필라멘트(F)의 부 전위측(F-)에 연결되어 있다. 즉 필라멘트(F)의 양단은 출력측 폐회로의 제2 콘덴서(C2)에 연결되어 있어, 제2 콘덴서(C2)와 필라멘트(F)는 부하측의 폐회로를 형성하고 있다. 그리고 필라멘트(F)의 부 전위측(F-)에는 제너 다이오드(ZD)의 애노드가 연결되어 있다.
여기서, 입력측 폐회로, 제1 콘덴서(C1) 및 출력측 폐회로로 이루어지는 회로는 일반적으로 SEPIC(Single Ended Primary Inductance Converter)라고 불리며, 전원 전압의 승압·강압이 가능한 회로로서 알려져 있다.
스위칭 소자(Q1)는 제어 전원(SP)의 펄스 형상의 제어 신호에 의해 도 1e와 같이 온/오프를 반복하는데, 스위칭 소자(Q1)가 온(ON)으로 되면, 입력측 폐회로가 형성되고, 점 A의 전위는 접지 전위(GND)와 동일 전위로 되고, 전류(I1)가 1차 인덕턴스(L1)를 흐른다. 1차 인덕턴스(L1)를 흐르는 전류(IL)(=I1)는 도 1d와 같이 증가하고, 1차 인덕턴스(L1)에 에너지가 축적된다. 한편, 2차 인덕턴스(L2)를 흐르는 전류(I2)는 스위칭 소자(Q1)가 온(ON)으로 되면, 전압원(후술함)으로 되는 제2 콘덴서(C2)로 흘러서, 2차 인덕턴스(L2)에 에너지가 축적된다. 2차 인덕턴스(L2)를 흐르는 전류(IL)(=I2)는 도 1d와 같이 증가한다. 또한, 전류(I1)와 전류(I2)는 전류값은 다르지만 상승, 하강 특성은 동일하다.
다음으로, 스위칭 소자(Q1)가 오프(OFF)로 되면, 1차 인덕턴스(L1)에 축적된 에너지는 제1 콘덴서(C1)로 흘러들어가고, 점 A의 전위는 도 1b와 같이 상승하고, 제1 콘덴서(C1)는 전압원(이른바 간주 전압원)으로 된다. 한편, 스위칭 소자(Q1)가 오프(OFF)로 되면, 점 B의 전위는 도 1c와 같이 상승하여 다이오드(D1)가 온(ON)으로 되기 때문에, 2차 인덕턴스(L2)에 축적된 에너지는 제2 콘덴서(C2)로 흘러들어가서, 제2 콘덴서(C2)를 충전한다. 따라서, 제2 콘덴서(C2)는 SEPIC 회로의 출력 전원으로 되어, 필라멘트(F)의 구동 전원으로 된다. 필라멘트(F)에는 SEPIC 회로의 출력 전압, 즉 출력측 폐회로의 출력 전압이 인가되어 필라멘트 전류가 흐른다. 또 한, 도 1b, 도 1c의 V0는 필라멘트(F)의 정 전위측(F+)의 전위이다.
도 1a의 구동 회로는 2차 인덕턴스(L2), 다이오드(D1), 제2 콘덴서(C2)에 의해 출력측 폐회로를 형성하고, 제2 콘덴서(C2)와 필라멘트(F)에 의해 부하측의 폐회로(부하측 폐회로라 함)를 형성하기 때문에, 제너 다이오드(ZD)는 양쪽 폐회로에 포함되지 않는다. 따라서, 출력측 폐회로의 출력 전압은 필라멘트(F)에만 인가되고, 제너 다이오드(ZD)에는 인가되지 않는다. 필라멘트 전류는 필라멘트(F)에만 흐르고, 제너 다이오드(ZD)에는 흐르지 않기 때문에, 제너 다이오드(ZD)에는 필라멘트 전류에 의한 무효 전력은 발생하지 않는다. 또한, 종래의 구동 회로와 같이 제너 다이오드(ZD)에 병렬로 상기 제너 다이오드의 단락용 스위칭 소자에 연결될 필요가 없으며, 상기 단락용 스위칭 소자의 제어 수단을 설치할 필요도 없다. 또한, 필라멘트(F)에는 SEPIC 회로로부터 구동 전압을 공급하기 때문에, 스위칭 소자(Q1)의 온/오프를 제어하는 제어 신호의 듀티비 등을 변화시킴으로써 필라멘트(F)에 인가하는 전압을 조정할 수도 있다.
다음으로, 도 2a및 도 2b를 참조하여, 도 1의 직류 구동 회로를 이용하여 필라멘트(F)를 펄스 구동 및 교번(交番, alternate) 구동하는 회로에 대하여 설명한다. 또한, 도 2는 형광 표시관의 애노드, 그리드를 생략하고 있다.
도 2a는 펄스 구동 회로의 예이다.
도 2a의 구동 회로는 출력측 폐회로의 제2 콘덴서(C2)에, 반대 극성의 스위칭 소자(Q21, Q22)의 직렬 회로가 병렬로 연결되고, 양쪽 스위칭 소자의 접속점에 필라멘트(F)의 정 전위측(F+)이 연결되어 있다. 따라서, 제2 콘덴서(C2)와 필라멘트(F)는 스위칭 소자(Q21, Q22)를 통하여 부하측 폐회로를 형성하고 있다. 스위칭 소자(Q21, Q22)는 제어 전원(EF1)으로부터 공급되는 펄스 형상의 제어 신호에 의해 번갈아 온/오프를 반복한다. 예를 들면, 스위칭 소자(Q21)가 온(ON)으로 되면, 스위칭 소자(Q22)는 오프(OFF)로 되어, 필라멘트(F)에 필라멘트 전류가 흐르고, 스위칭 소자(Q21)가 오프(OFF)로 되면 스위칭 소자(Q22)는 온(ON)으로 되어, 필라멘트 전류는 흐르지 않게 된다. 따라서, 필라멘트(F)에는 펄스 형상의 전류가 흐르고, 이른바 펄스 구동이 가능해진다.
도 2b는 교번 구동 회로의 예이다.
도 2b의 구동 회로는 출력측 폐회로의 제2 콘덴서(C2)에, 반대 극성의 스위칭 소자(Q21, Q22)의 직렬 회로와 반대 극성의 스위칭 소자(Q31, Q32)의 직렬 회로가 병렬로 연결되고, 양쪽 직렬 회로의 각각의 스위칭 소자의 접속점에 필라멘트(F)가 연결되어 있다. 따라서, 제2 콘덴서(C2)와 필라멘트(F)는 스위칭 소자(Q21, Q22, Q31, Q32)를 통하여 부하측 폐회로를 형성하고 있다. 스위칭 소자(Q21, Q22)는 제어 전원(EF1)으로부터 공급되는 펄스 형상의 제어 신호에 의해 번갈아 온/오프를 반복하고, 스위칭 소자(Q31, Q32)는 제어 전원(EF2)으로부터 공급되는 펄스 형상의 제어 신호에 의해 번갈아 온/오프를 반복한다. 제어 전원(EF1)과 제어 전원(EF2)의 제어 신호의 주파수는 동일하지만, 위상은 스위칭 소자(Q21, Q31)가 동일 극성이고 스위칭 소자(Q22, Q23)도 동일 극성이기 때문에 180도 다르다.
예를 들면, 스위칭 소자(Q21, Q32)가 온(ON)으로 되고, 스위칭 소자(Q22, Q31)가 오프(OFF)로 되면, 필라멘트 전류는 스위칭 소자(Q21), 필라멘트(F), 스위칭 소자(Q32) 방향으로 흐르고, 스위칭 소자(Q31, Q22)가 온(ON)으로 되고, 스위칭 소자(Q21, Q32)가 오프(OFF)로 되면, 필라멘트 전류는 스위칭 소자(Q31), 필라멘트 (F), 스위칭 소자(Q22) 방향으로 흐르고, 이른바 교번 구동이 가능해진다.
도 3은 도 1의 구동 회로를 더욱 구체적으로 구성한 구동 회로의 예이다. 또한, 도 3은 형광 표시관의 애노드, 그리드를 생략하고 있다.
도 3의 구동 회로는 동작을 안정화하기 위하여 저항과 콘덴서로 이루어지는 회로(231, 232)가 연결되어 있다. 또한, 필라멘트(F)의 부 전위측(F-)에는 입력 전원(Vcc1)이, 다이오드(D2), 저항(R11)으로 이루어지는 회로(233)를 통하여 연결됨과 아울러, 입력 전원(Vcc1)의 전압보다도 고전압의 입력 전원(VHG)이 연결되어 있다. 어떤 원인으로, 필라멘트(F)의 부 전위측(F-)의 전위가 입력 전원(Vcc1)의 전압보다도 높게 된 경우에는, 제너 다이오드(ZD)에 전류가 흐르지 않게 되기 때문에, 입력 전원(Vcc1)보다도 고전압의 입력 전원(VHG)도 이용하고 있다. 입력 전원(Vcc1), 입력 전원(VHG)은 도 1의 구동 회로의 입력 전원(Vcc2)에 대응한다. 스위칭 소자(Q1)는 도시바 제품 TPCA8022를 이용하였다.
도 1a 내지 도 1e는 본원 발명의 실시예에 따른 형광 표시관의 구동 회로를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 구동 회로를 펄스 구동 및 교번 구동하는 경우의 회로예를 나타낸다.
도 3은 도 1의 구동 회로를 더욱 구체적으로 구성한 회로예를 나타낸다.
도 4는 종래의 형광 표시관의 구동 회로를 나타낸다.

Claims (5)

  1. 필라멘트, 그리드 및 애노드를 구비한 형광 표시관의 상기 그리드 및 애노드에 인가하는 컷오프 바이어스 전압 발생용 제너 다이오드가 입력 전원과 접지 사이에 연결되고, 상기 필라멘트의 부 전위측에 상기 제너 다이오드의 캐소드와 입력 전원의 접속점이 연결된 형광 표시관의 구동 회로에 있어서, 입력 전원, 1차 인덕턴스, 스위칭 소자로 이루어지는 입력측 폐회로, 결합 콘덴서, 및 2차 인덕턴스, 다이오드, 콘덴서로 이루어지는 출력측 폐회로를 구비한, SEPIC 회로의 출력 전압이 필라멘트에만 인가되는 것을 특징으로 하는 형광 표시관의 구동 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력측 폐회로는 상기 입력 전원, 상기 1차 인덕턴스, 상기 스위칭 소자가 직렬로 연결되고, 상기 출력측 폐회로는 상기 2차 인덕턴스, 상기 다이오드, 상기 콘덴서가 직렬로 연결되고, 상기 1차 인덕턴스와 상기 스위칭 소자의 접속점 및 상기 2차 인덕턴스와 상기 다이오드의 접속점에 상기 결합 콘덴서가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 형광 표시관의 구동 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 출력측 폐회로의 상기 콘덴서와 필라멘트는 부하측 폐회로를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 형광 표시관의 구동 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 출력측 폐회로의 상기 콘덴서에 반대 극성의 2개의 스위칭 소자가 직렬 연결된 회로가 병렬로 연결되고, 양쪽 스위칭 소자의 접속점에 상기 필라멘트의 정 전위측이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 형광 표시관의 구동 회로.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 출력측 폐회로의 상기 콘덴서에 반대 극성의 2개의 스위칭 소자에 직렬 연결된 회로가 2개 병렬로 연결되고, 상기 양쪽 회로의 양쪽 스위칭 소자의 접속점에 상기 필라멘트의 양단이 연결되는 것을 특징으로 하는 형광 표시관의 구동 회로.
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