KR20110003873A - 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기 및 그를 이용한 인버터 제어기와 인버터 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기 및 그를 이용한 인버터 제어기와 인버터 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 실시예는 복수 개의 램프; 복수 개의 램프의 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상을 감지하여 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상에 대한 복수 개의 교류 신호를 출력하는 감지기; 복수 개의 교류 신호가 입력되면 하나의 직류 신호인 단일 직류 신호로 변환하며, 변환된 단일 직류 신호를 이용하여 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상을 제어하기 위한 인버터 제어 신호를 출력하는 인버터 제어기; 및 인버터 제어 신호에 기초하여 복수 개의 램프로 전원을 공급하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템을 제공한다.

본 발명의 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기를 이용한 인버터 시스템의 실시예에 의하면, 하나의 인버터 시스템에서 입출력 전압 간의 전압 강하나 반도체 소자의 양산 산포 또는 온도 변화에 따른 전압 강하의 변화에 무관하게 램프 전류를 정밀하게 제어할 수 있다.

인버터, 다중 교류 입력, 단일 직류 출력, 보호 회로, 전압 강하, ZVD

Description

다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기 및 그를 이용한 인버터 제어기와 인버터 시스템{Multiple AC Input-Single DC Output Converter and Inverter Controller and Inverter System Using Same}

본 발명의 실시예는 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기 및 그를 이용한 인버터 제어기와 인버터 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 복수 개의 램프 전류를 하나의 인버터 시스템으로 제어하는 인버터 시스템에서 반도체 소자의 산포나 온도 변화에 무관하게 램프 전류를 정밀하게 제어하기 위한 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기 및 그를 이용한 인버터 제어기와 인버터 시스템 에 관한 것이다.

LCD(Liquid Crystal Display)는 TV, 모니터, 의료기기, 포터블 기기(Portable Device) 등의 디스플레이 장치로 광범위하게 사용되고 있다. LCD에 화면을 나타내기 위해서는 LCD 후면에서 빛을 비추어 주어야 하며 이를 백라이트(Back Light)라고 한다. 이러한 백라이트 중의 하나로 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Florescent Lamp, 이하 'CCFL'이라 칭함)이 흔히 사용된다. CCFL이 빛을 내기 위해서는 수백 볼트 이상의 교류 전압이 요구되며, 이를 위해 입력 직류 전압 을 출력 교류 전압으로 변환하는 인버터 시스템이 사용된다. 이와 같이 CCFL에 전원을 공급하는 장치를 이하에서는 CCFL 인버터 시스템이라 칭한다.

LCD의 화면 밝기는 CCFL 램프의 밝기에 의해 결정되고, CCFL 램프의 밝기는 램프에 흐르는 전류에 의해 결정된다. CCFL 인버터 시스템은 CCFL 램프에 흐르는 전류를 일정한 값으로 제어하는 전류 제어를 위해 CCFL 램프와 직렬로 감지 저항(Sensing Resister)을 연결하고, 감지 저항에 걸리는 전압이 일정하도록 제어한다. CCFL 램프에 흐르는 전류는 양(+) 또는 음(-)의 극성을 가지는 교류 전류이므로, 감지 저항에 흐르는 전류와 전압도 각각 양(+) 또는 음(-)의 극성을 가지는 교류 전류와 교류 전압이 된다.

한편, 통상적인 부궤환(Negative Feedback) 제어 시스템에서는 출력 전압을 제어하기 위해 출력 전압을 부궤환 제어 시스템의 에러 앰프(Error Amplifier)에서 기준 전압(Reference Voltage)과 비교하여 에러 신호(Error Signal)를 출력한다. 즉, 출력 전압이 에러 앰프의 기준 전압과 비교되어, 출력 전압이 기준 전압 보다 크면 출력 전압을 감소시키는 에러 신호가 출력 되고, 출력 전압이 기준 전압보다 작으면 출력 전압을 증가시키는 에러 신호가 출력 된다. CCFL 인버터 시스템도 부궤환 제어를 수행하므로 램프의 출력 전류를 일정하게 제어하기 위해서는 램프 전류를 감지한 값인 감지 저항에 걸리는 전압을 CCFL 인버터 시스템의 기준 전압과 비교해야 한다.

LCD 패널에 장착된 CCFL 램프는 장착된 위치의 환경에 따라 램프 전류의 변화가 생긴다. 예를 들어, LCD 패널의 상단에 장착된 램프의 주위 온도가 LCD 패널 의 하단에 장착된 램프의 주위 온도보다 높은 경우, 상단에 장착된 램프의 임피던스가 작아지고, 이때 램프의 구동 전압이 동일하다면 상단에 장착된 램프의 전류가 더 커진다. 또한, 램프에는 고압의 교류 전압이 가해지는데, 램프와 LCD 패널간의 기생 커패시턴스(Parasitic Capacitance) 성분이 서로 다른 경우에도 램프 전류의 차이가 발생한다.

복수 개의 CCFL 램프가 사용되는 CCFL 인버터 시스템에서 각각의 램프 전류를 램프 주위 환경의 변화나 램프 특성의 변화와 무관하게 일정한 값으로 제어하기 위해서는 램프의 개수에 해당하는 만큼의 독립된 인버터 시스템이 필요하다. 이 경우, 각각의 램프를 램프 특성의 변화나 램프 주위 환경의 변화와 무관하게 램프 전류를 일정한 값으로 제어할 수 있는 장점이 있지만, 인버터 시스템을 구현하기 위한 비용이 증가하는 단점이 있다.

따라서, 대부분의 LCD 백라이트용 CCFL 인버터 시스템에서는 사용되는 램프의 개수와 상관없이 하나의 인버터 시스템으로 램프 전류를 제어하는 방식이 많이 사용된다. 이를 위해, 각각의 램프에서 감지된 다수의 교류 감지 전압들을 한 개의 에러 앰프에서 기준 전압과 비교할 수 있도록, 단일 직류 전압으로 변환하는 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(Multiple AC Input-Single DC Output Converter)가 필요하다.

다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기는 다중 교류 입력 신호를 단일 교류 신호로 변환하는 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기(Multiple AC Input-Single AC Output Converter)를 거친 후 필터 회로가 연결 되는 구조를 가진다. 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기로는 여러 개의 입력 신호들 중 가장 큰 전압을 가지는 입력 신호를 출력 신호로 취하는 위너 테이크스 올(WTA: Winner-Takes-All, 이하 'WTA'라 칭함) 방식의 회로와 여러 개의 입력 신호들 중 가장 낮은 전압을 가지는 입력 신호를 출력 신호로 취하는 루저 테이크스 올(LTA: Looser-Takes-All, 이하 'LTA'라 칭함) 방식의 회로가 사용될 수 있다.

CCFL 인버터 시스템에서 WTA 방식의 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기를 사용하면, 복수 개의 램프 중에서 가장 큰 전류가 흐르는 램프의 램프 전류를 일정한 값으로 제어한다는 의미이므로, 나머지 램프의 램프 전류는 가장 큰 전류가 흐르는 램프의 램프 전류보다는 작거나 같은 전류가 흐른다. 반대로, 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기로 LTA 방식을 사용하여 램프 전류를 제어하는 경우, 가장 낮은 전류가 흐르는 램프의 램프 전류를 일정한 값으로 제어하므로, 나머지 램프의 램프 전류는 가장 낮은 전류가 흐르는 램프의 램프 전류보다 크거나 같은 전류가 흐르게 된다. 통상적으로 LCD 백라이트용 CCFL 인버터 시스템에서는 램프의 정격 최대 전류를 넘지 않도록 제어하기 위해, 램프 전류의 최대값을 기준으로 제어하는 WTA 방식의 회로가 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기에서 주로 사용된다.

CCFL 램프의 전류 제어를 위한 인버터 시스템은 크게 인버터 제어기(Inverter Controller), 인버터(Inverter), 램프 부하(Lamp Load), 감지기(Senser) 및 피드백 신호 발생기(Feedback Signal Generator) 등으로 구성 된다. 인버터 제어기는 통상적으로 집적 회로(IC: Integrated Circuit)로 구현되며, 인버 터 시스템의 램프 전류를 제어하기 위한 기본 기능 이외에도 인버터 시스템이 비정상적인 상태일 때, 인버터 시스템을 보호하기 위한 보호 기능 등의 여러 가지 부가 기능이 더 포함된다.

이러한 보호 기능에는 예를 들어, OLR(Open Lamp Regulation) 기능, OLP(Open Lamp Protection) 기능, SCP(Short Circuit Protection) 기능 등이 있다. 램프가 차가운 상태에서 램프를 점등하기 위해서는 정상적인 램프 전압보다 훨씬 큰 램프 구동 전압을 가해 주어야 한다. 그런데 램프가 점등되기 전에는 램프와 LCD 패널 간의 기생 커패시턴스 성분이 없어 전력단 회로의 공진 주파수가 높아지므로, 큰 램프 구동 전압을 얻기 위해 정상적인 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 주파수보다 높은 주파수로 램프를 구동해야 하며, 동시에 램프에 가해지는 램프 구동 전압을 일정하게 유지해야 한다. 이러한 기능을 OLR(Open Lamp Regulation) 기능이라고 한다. 또한, 일정한 시간, 예를 들어 1 ~ 2 초 동안 큰 램프 구동 전압을 램프에 공급 했는데도 램프가 점등하지 않으면 CCFL 인버터 시스템의 동작을 멈추어야 하는데, 이러한 기능을 OLP(Open Lamp Protection) 기능이라고 한다. 또한, 램프 양단자 간 또는 램프 양단자가 단락(Short)된 경우에도 인버터 시스템의 동작을 중지해야 하는데, 이러한 기능을 SCP(Short Circuit Protection) 기능이라 한다.

이와 같은 보호 기능을 수행하기 위해서는 각각의 램프 전류와 램프 구동 전압의 정보가 필요하며, 4 개의 램프를 구동하는 CCFL 인버터 시스템의 경우 램프의 전압과 전류 각각 4개씩에 대한 정보 즉, 총 8개의 정보가 필요하다. 인버터 시스 템에서 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기를 인버터 제어기 내에 구현하는 것이 가능하지만, 필요한 핀(PIN)의 개수가 증가하여 IC 패키지(Package)의 가격이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기로 사용되는 WTA(또는 LTA) 회로는 입력으로부터 출력까지 회로를 구성하는 반도체 소자들에 의한 전압 강하(Voltage Drop)가 발생한다. 이러한 반도체 소자에 의한 전압 강하가 항상 일정한 값이라면 제어에 문제가 발생하지는 않는다. 하지만, WTA 회로를 구성하는 반도체 소자들의 산포에 의해 전압 강하도 산포를 가지게 되고, 이로 인해 LCD 패널 간에 CCFL 램프의 램프 전류의 산포가 유발된다. 그리고 WTA 회로를 구성하는 반도체 소자의 온도 변화에 따른 전압 변화 특성 때문에, CCFL 램프의 램프 전류도 온도에 따라 변한다. WTA 회로를 구성하는 반도체 소자의 전압 강하가 가지는 산포 특성은 대부분의 LCD 모니터 응용에서는 크게 문제가 되지 않지만, 의료기기 용의 LCD 모니터 등과 같이 특수한 응용 분야에서 CCFL 램프의 램프 전류를 온도 변화와 반도체 소자의 산포에 대해서도 매우 정밀하게 제어해야 하는 경우, 반도체 소자의 산포 때문에 정밀하게 램프 전류를 제어하기 어려운 문제점이 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시예는, 하나의 인버터 시스템에서 입출력 전압 간의 전압 강하나 반도체 소자의 양산 산포 또는 온도 변화에 따른 전압 강하의 변화에 무관하게 복수 개의 램프 전류를 정밀하게 제어하는 데 주 된 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예는, 복수 개의 교류 신호인 다중 교류 신호가 입력되면 복수 개의 교류 신호 중 최대값을 가지는 교류 신호와 기준 신호 간의 차이값을 증폭하여 하나의 신호를 출력하는 다중 입력 차동 앰프; 증폭된 신호를 정류하는 다이오드; 및 정류된 신호를 평활하여 단일 직류 신호를 출력하는 필터를 포함하되, 기준 신호는 정류된 신호에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예의 다른 목적에 의하면, 2 개의 교류 신호가 입력되면 서로 비교하여 비교 신호를 출력하는 비교기; 비교 신호에 따라 2 개의 교류 신호 중 하나의 교류 신호를 출력하는 2 개의 스위치; 및 출력되는 하나의 교류 신호를 평활하여 단일 직류 신호를 출력하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예의 또 다른 목적에 의하면, 복수 개의 램프의 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상에 대한 복수 개의 교류 신호가 입력되면 하나의 직류 신호인 단일 직류 신호를 출력하되, 입력되는 복수 개의 교류 신호 중 최대값을 가지는 교류 신호와 출력되는 단일 직류 신호 사이의 전압 강하가 0이 되도록 제어하는 피드백 신호 발생기; 출력되는 단일 직류 신호를 이용하여 복수 개의 램프의 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상을 제어하기 위한 에러 신호를 출력하는 에러 앰프; 에러 신호를 이용하여 복수 개의 램프의 램프 전류 및 램 프 전압 중 하나 이상을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어기; 및 제어 신호에 따라 복수 개의 램프로 전원을 공급하는 인버터를 제어하기 위한 인버터 제어 신호를 출력하는 게이트 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어기를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예의 또 다른 목적에 의하면, 복수 개의 램프; 복수 개의 램프의 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상을 감지하여 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상에 대한 복수 개의 교류 신호를 출력하는 감지기; 복수 개의 교류 신호가 입력되면 하나의 직류 신호인 단일 직류 신호로 변환하며, 변환된 단일 직류 신호를 이용하여 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상을 제어하기 위한 인버터 제어 신호를 출력하는 인버터 제어기; 및 인버터 제어 신호에 기초하여 복수 개의 램프로 전원을 공급하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 하나의 인버터 시스템에서 입출력 전압 간의 전압 강하나 반도체 소자의 양산 산포 또는 온도 변화에 따른 전압 강하의 변화에 무관하게 복수 개의 램프 전류를 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 램프의 전류와 구동 전압을 단일 피드백 신호로 변환하기 위한 회로를 제어 IC 내에 구현하고 그를 이용하여 인버터 보호 회로를 더욱 간소하게 구성하여 인버터 시스템의 구현을 간소화하고 제어 IC 내의 실장 면적을 줄일 수 있다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템이 4 개의 CCFL 램프를 구동하는 하프 브리지(Half Bridfe) 인버터 시스템으로 구현되는 것으로 가정하여 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환 동작과 그를 이용한 인버터 시스템에 대해 설명한다. 다만, 이러한 가정은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템이 반드시 4 개의 CCFL 램프를 구동하는 인버터 시스템으로 구현되어야 하는 것은 아니며, 4 개 이상 또는 그 이하의 개수의 CCFL 램프 또는 기타 다른 램프를 구동하는 인버터 시스템으로 구현될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템은 반드시 하프 브리지 인버터 시스템으로 구현되어야 하는 것은 아니며, 풀 브리지(Full Bridge) 인버터 시스템 또는 푸시 풀(Push-Pull) 인버터 시스템 등과 같이 다양한 토폴로지(Topology)의 인버터 시스템으로 구현될 수 있다.

도 1은 인버터 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.

인버터 시스템(100)은 램프 부하(130)를 구동하기 위해, 입력 직류 전압 VIN을 일정한 전압(예를 들어, 수백 V의 전압) 이상의 교류 전압으로 변환하여 램프 부하(130)의 램프들(Lam1 내지 Lamp 4)을 점등(Lighting)하기 위한 구동 전압(Driving Voltage)을 램프 부하(130)에 공급하면서, 램프 전류(Lamp Current)를 일정한 값으로 제어하는 시스템이다. 여기서, 인버터 시스템(100)은 램프 전류를 제어하기 위해 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation, 이하 'PWM'일 칭함) 제어 방식을 사용할 수 있지만, 반드시 이에 한정하지 않고 다양한 제어 방식을 사용할 수도 있다.

이러한 인버터 시스템(100)은 도 1에 도시한 바와 같이, 인버터 제어기(Inverter Controller, 110), 인버터(Inverter, 120), 램프 부하(Lamp Load, 130), 감지기(Senser, 140) 및 피드백 신호 발생기(Feedback Signal Generator, 150)를 포함하여 구성될 수 있다.

인버터 제어기(110)는 인버터(120)를 제어하는 제어기로서, 인버터(120)의 동작을 제어하여 인버터(120)로부터 램프 부하(130)로 공급되는 전원을 제어함으로 써 램프 부하(130)의 램프에 흐르는 전류 및/또는 램프에 인가되는 전압을 제어한다. 이러한 인버터 제어기(110)는 집적 회로(IC: Integrated Circuit)로 구현될 수 있다.

여기서, 인버터 제어기(110)로 입력되는 IFB(I Feedback 즉, Current Feedback)는 램프 전류를 제어하기 위한 입력 신호로서, 인버터 제어기(110) 내부의 전류 에러 앰프(Current Error Amplifier, 미도시)에 의해 전류 기준 전압(Current Refernce Volatge)과 비교된다. 인버터 제어기(110)는 램프 전류를 나타내는 IFB가 전류 기준 전압보다 크면 PWM 듀티비(Duty Ratio)를 낮추어 램프 전류가 감소하도록 인버터(120)를 제어하며, 반대로 램프 전류가 전류 기준 전압보다 작은 경우에는 PWM 듀티비를 증가시켜 램프 전류가 증가하도록 인버터(120)를 제어한다. 또한, 인버터 제어기(110)로 입력되는 VFB(Voltage Feedback)는 램프 구동 전압을 제어하기 위한 입력 신호로서, 인버터 제어기(110) 내부의 전압 에러 앰프(Voltage Error Amplifier, 미도시)에 의해 전압 기준 전압과 비교된다. 램프가 오픈인 경우 인버터 제어기(110)의 PWM 듀티비는 램프 구동 전압을 나타내는 VFB와 전압 에러 앰프의 전압 기준 전압과의 비교를 통해 결정되며, 인버터 제어기(110)는 이와 같이 결정된 PWM 듀티비에 따라 램프 구동 전압이 램프가 정상적으로 점등되었을 때의 전압보다 높은(예를 들어, 약 3배 내지 4배) 전압이 되도록 인버터(120)를 제어한다. HOUT(High Output)와 LOUT(Low Output)은 인버터 제어기(110)의 출력 신호로서, 각각 인버터(120)의 전원 공급기(122)의 스위치들을 제어하는 인버터 제어 신호들이다.

인버터(120)는 직류 입력 전압(DC Input Voltage, VIN)을 램프를 구동하기 위한 램프 구동 전압(VLamp1 ~ VLamp4)으로 변환하는 전력 회로로서, 인버터 제어기(110)의 HOUT와 LOUT의 인버터 제어 신호(Inverter Control Signal)에 따라 출력 OUT를 직류 입력 전압(VIN) 또는 접지(Ground)에 연결하는 전원 공급기(Power Supply, 122)와 전원 공급기(122)의 출력(OUT)를 입력받아 램프를 구동 할 수 있도록 양의 전압과 음의 전압으로 증폭하여 램프 구동 전압(VLamp1 ~ VLamp4)을 출력하는 교류 증폭기(AC Amplifier, 124)로 구성 된다. 여기서, 전원 공급기(122)의 스위치들은 도시한 바와 같이 하프 브리지(Half Bridge) 형태로 구현될 수도 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고 풀 브리지(Full Bridge) 또는 푸시 풀(Push Pull) 형태로 구현될 수도 있다. 또한, 교류 증폭기(124)는 스텝업 변압기(Step-up Transformer)로 구현될 수 있지만 이에 한정되지 않고 다양한 변압기로 구현될 수 있으며, 전원 공급기(122)의 구조에 따라 그 구조가 달라질 수 있다.

인버터의 동작을 설명하기 위한 타이밍 도를 예시적으로 나타낸 도 2를 참조하면, 인버터 제어기(110)로부터 출력되는 인버터 제어 신호 중 HOUT이 로우(Low)가 될 때, 전원 공급기(122)의 제 1 스위치(M1)가 턴온(Turn on)되어 전원 공급기(122)의 출력(OUT)은 직류 입력 전압(VIN)이 되며, 인버터 제어 신호 중 LOUT이 하이(High)가 될 때, 전원 공급기(122)의 제 2 스위치(M2)가 턴온 되어 전원 공급기(122)의 출력(OUT)은 영(Zero)이 된다. 도 2에서, D는 듀티비를 나타내고, T는 주기를 나타낸다. 교류 증폭기(124)의 직류 블로킹 캐패시터(DC Blocking Capacitor) Cb에는 전원 공급기(122)의 스위칭 동작에 의해 직류 입력 전압(VIN)/2 의 전압이 충전되므로, 변압기(Transformer, TX)의 입력 전압(Vac)는 도 2에 도시한 것과 같은 교류 파형이 된다. 입력 전압(Vac)는 변압기(TX)에 의해 승압되고 변압기(TX)의 2차측 리키지 인덕턴스(Leakage Inductance)와 공진 캐패시터(Resonance Capacitor, Cr)에 의해 평활(Smoothing)되어 정현파의 램프 구동 전압(VLamp1 ~ VLamp4)이 된다.

다시 도 1을 참조하면, 램프 부하(130)는 복수 개의 램프(LAmp1 ~ Lamp4)로 구성되며, 램프들은 인버터(120)로부터 공급되는 교류 전압인 램프 구동 전압(VLamp 1 ~ VLamp 4)에 의해 구동되어 점등 및 소등된다. 여기서, 복수 개의 램프는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 등과 같은 형광 램프일 수 있지만, 이에 한정되지 않고 다양한 방전 램프(Discharge Lamp)로 구현될 수 있다.

감지기(140)는 램프의 램프 전류와 램프 구동 전압을 감지하여 그에 따른 피드백 신호인 전류 감지 전압(IFB1 ~ IFB4)과 전압 감지 전압(VFB1 ~ VFB4)을 출력한다. 이를 위해, 감지기(140)는 램프 전류를 전류 감지 전압(IFB1 ~ IFB4)로 변환하기 위한 전류 감지기(142)와 램프 구동 전압(VLamp1 ~ VLamp4)을 전압 감지 전압(VFB1 ~ VFB4)로 변환하기 위한 전압 감지기(144)로 구성 된다. 도 1에서는 전류 감지기(142)는 감지 저항(Sensing Register, Rs)들로만 구성 되는 것으로 예를 들어 도시하였지만, 경우에 따라서는 애노드(Anode)가 접지와 연결된 다이오드가 각각의 감지 저항에 병렬로 연결되어 음의 감지 전압이 다이오드 턴온 전압으로 클램핑(Clamping)되도록 할 수도 있다.

전압 감지기(144)는 고전압(예를 들어, 수백 V 이상)인 램프 구동 전 압(VLamp1 ~ VLamp4)을 저전압(예를 들어, 수 V 이하)인 전압 감지 전압(VFB1 ~ VFB4)으로 낮추어 검출한다. 캐패시터 Cr의 임피던스와 저항 Rv의 비율에 의해 램프 구동 전압(VLamp1 ~ VLamp4)이 전압 감지 전압(VFB1 ~ VFB4)으로 분압되어 출력된다. 이때, 공진 캐패시터(Cr)은 램프 구동 전압을 감지하는 역할뿐만 아니라 전술한 바와 같이, 변압기(TX)의 2차측 리키지 인덕턴스와 공진을 하는 공진 캐패시터의 역할도 함께 한다. 여기서, 전압 감지기(144)의 감지 저항(Sensing Register, Rv) 대신에 캐패시터가 사용 되거나 감지 저항(Rv)와 병렬로 캐패시터가 연결될 수도 있다.

피드백 신호 발생기(150)는 복수 개의 램프 전류와 복수 개의 램프 구동 전압을 단일 인버터 제어 시스템으로 제어할 수 있도록 인버터 제어기(110)에 피드백 신호를 공급한다. 피드백 신호 발생기(150)는 전류 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(Current Multiple AC Input-Single DC Output Converter, 160)와 전압 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(Voltage Multiple AC Input-Single DC Output Converter, 170)로 구성된다. 단일 인버터 시스템으로 복수 개의 램프에 대한 램프 전류와 램프 구동 전압을 제어하기 위해, 피드백 신호 발생기(150)의 전류/전압 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기(160, 170)로 WTA 회로가 사용된다.

여기서, 전류 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(160)는 전류 감지기(142)로부터 복수 개의 전류 감지 전압(IFB1 ~ IFB4)를 입력받아 단일 교류 출력(Sigle AC Output)으로 변환하는 전류 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기(Current Multiple AC Input-Single AC Output Converter, 162)와 단일 교류 출 력이 인버터 제어기(110)내의 전류 에러 앰프에서 전류 기준 전압과 비교할 수 있도록 단일 교류 출력을 직류 전압으로 평활하여 램프 전류의 피드백 신호(IFB)를 출력하는 전류 필터(164)로 구성된다.

또한, 전압 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(170)는 전압 감지기(144)의 복수 개의 전압 감지 전압(VFB1 ~ VFB4)을 입력받아 단일 교류 출력(Sigle AC Output)으로 변환하는 전압 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기(172)와 단일 교류 출력이 인버터 제어기(110)내의 전압 에러 앰프에서 전압 기준 전압과 비교될 수 있도록 단일 교류 출력을 평활하여 램프 구동 전압의 전압 피드백 신호(VFB)를 출력하는 전압 필터(174)로 구성된다.

한편, 인버터 제어기(110)는 램프가 정상적으로 연결된 경우 램프 전류를 일정한 값으로 제어하는데, 램프 전류를 일정한 값으로 제어한다고 함은 전류 피드백 신호(IFB)의 평균 전압이 전류 에러 앰프의 전류 기준 전압과 같아지도록 제어한다는 의미이다. 램프가 오픈인 경우에는 램프 구동 전압이 일정하도록 제어하는데, 이때에는 전압 피드백 신호(VFB)의 평균 전압이 전압 에러 앰프의 전압 기준 전압과 같아지도록 제어된다. 따라서, 복수 개의 램프를 단일 인버터 제어기(110)만으로 제어하는 인버터 시스템은 복수 개의 램프 전류와 복수 개의 램프 구동 전압을 단일 램프 전류와 단일 램프 구동 전압을 나타내는 신호로 변환해야 하고, 이를 위해 도 1을 통해 전술한 바와 같은 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기가 필요하다.

도 3은 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기의 여러 가지 구현 형태를 나 타낸 예시도이다.

다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기는 여러 가지의 다른 형태로 구현될 수 있지만, 도 3에 도시한 바와 같이, WTA 방식의 회로가 통상적으로 사용된다. 3A, 3B 및 3C에 나타낸 WTA 회로는 각각 다이오드, 접합형 트랜지스터(BJT: Bipolar Junction Transistor, 이하 'BJT'라 칭함) 및 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET: Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor, 이하 'MOSFET'이라 칭함) 등의 반도체 소자를 사용하여 구현된 것으로서 그 동작은 거의 유사하다.

도 3에서 다이오드가 턴온 되었을 때의 전압을 VD(on), BJT가 턴온 되었을 때의 베이스-에미터(Base-Emitter)간의 전압을 VBE(on) 그리고 MOSFET이 턴온 되었을 때의 게이트-소스(Gate-Source)간의 전압을 VGS(on)이라고 가정하면, 도 3에서 어느 한 시점에서의 출력 전압(OUT)은 입력 전압(IN1 ~ IN4) 중 제일 큰 값을 가지는 입력 전압에서 WTA를 구성하는 반도체 소자의 턴온 전압만큼 낮아진 값이 된다. 다시 말해, 도 3에서 각 WTA의 출력 전압은 입력 전압 중 제일 큰 값을 가지는 입력 전압에서 반도체 소자의 턴온 전압을 뺀 값을 가진다. 즉, 3A의 경우 OUT=max(IN1, IN2, IN3, IN4)-VD(on)이 되고, 3B의 경우 OUT=max(IN1, IN2, IN3, IN4)-VBE(on)이 되며, 3C의 경우 OUT=max(IN1, IN2, IN3, IN4)-VGS(on)이 된다.

이러한 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기는 인버터 시스템에서 인버터 제어기(110), 즉 제어 IC 내에 구현될 수도 있고 디스크리트(Discrete) 소자를 사용하여 제어 IC 외부에서 구현될 수도 있다. 제어 IC 외부에 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기를 구현하는 경우, 도 1에 도시한 바와 같이 제어 IC에는 전류 피드백 신호와 전압 피드백 신호를 입력받기 위한 2 개의 핀(PIN, IFB 핀과 VFB 핀)만 있으면 된다.

하지만, 제어 IC 내부에 구현하고자 하는 경우에는 필요한 핀의 개수가 많아진다. 예를 들어, 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기를 제어 IC 내부에 구현하는 경우, 도 1에 도시한 바와 같은 4 개의 램프를 구동하기 위한 인버터 시스템에서는 램프 전류와 램프 구동 전압의 피드백 제어를 위해 제어 IC에 각각 4 개의 핀이 필요하여 총 8 개의 핀이 필요하며, 전류 필터(164)와 전압 필터(174)도 제어 IC 내부에 구현해야 한다. 이 경우, 핀의 개수가 많아지므로 제어 IC의 패키지(Package) 크기가 커지고 제조 가격도 상승하므로, 제어 IC의 일부 부가 기능을 외부로부터 신호를 입력받기 위한 핀 없이 구현하는 등의 방법을 이용하여 PIN의 개수를 줄이는 것이 바람직하다.

도 3에 도시한 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기로 사용되는 WTA 회로를 제어 IC 외부에 구현할 경우, 3A에 나타낸 다이오드를 이용한 WTA 회로가 사용된다. 왜냐하면, 3B와 3C에 나타낸 WTA 회로와 비교할 때, 3A에 나타낸 WTA 회로는 VCC 혹은 VDD를 연결해 줄 필요가 없으며, 2 개의 다이오드를 하나의 패키지에 넣은 디스크리트 다이오드(Discrete Diode)를 쉽게 이용할 수 있기 때문이다.

제어 IC 외부에서 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기로 사용되는 WTA 회로는 필연적으로 턴온 전압 산포가(Turn-on Voltage Variation) 발생한다. 예를 들어, 3A에서 다이오드 턴온 전압 VD(on)은 수십 mV ~ 수백 mV의 양산 산포(Mass Production Variation)를 가지고 있으며, 그로 인해 LCD 패널 간 램프 전류의 산포가 발생한다. 또한, VD(on) 전압의 온도에 따른 변화도 패널 내 램프 전류가 온도에 따라 변하는 원인이 된다.

만약, 도 3에 도시한 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기로 사용되는 WTA 회로를 제어 IC 내부에 구현할 경우, 제어 IC에 필요한 핀의 개수가 늘어나는 단점이 있지만, 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기로 사용되는 WTA 회로는 제어 IC 내부에서 쉽게 구현될 수 있다. 또한, 이 경우 3A 내지 3C에 나타낸 WTA 회로 중 어느 WTA 회로도 제어 IC 내부에서 구현될 수 있을 뿐만 아니라, 3B와 3C의 VCC와 VDD를 연결하는 단점도 IC 내부에서는 쉽게 해결될 수 있고, 소자의 매칭(Matching) 특성을 좋게 할 수 있는 장점이 있다.

하지만, 전술한 장점에도 불구하고 WTA 회로를 제어 IC 내부에 구현하는 경우, 제어 IC 외부에 구현하는 경우와 마찬가지로, 칩(Chip) 간의 턴온 전압 산포와 온도 변화에 따른 턴온 전압의 산포로 인해 LCD 패널 간 램프 전류의 편차가 발생할 수 있다. 예를 들어, 3C에 나타낸 WTA 회로의 경우, 한 칩에서의 VGS(on) 전압은 거의 같은 값을 가진다고 볼 수 있지만, MOSFET의 문턱 전압(Threshold Voltage)의 산포로 인해 칩 간에는 VGS(on) 전압의 산포가 발생하고, 그에 따라 LCD 패널 간 램프 전류의 산포를 유발한다.

이상에서 전술한 바와 같이, 복수 개의 램프를 하나의 인버터 시스템에서 구동하는 경우, 인버터 제어기에서 피드백 제어를 위해 필요한 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기의 입력과 출력간에 발생하는 전압 강하(Voltage Drop)가 소자의 산포나 환경의 변화에 따른 원인으로 LCD 패널 간 혹은 패널 내의 램프 간 전류 산포를 유발하는 문제가 있다.

이하에서는 전술한 문제점을 해결하기 위해, 새로운 영 전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(Zero Voltage Drop Multiple AC Input-Single DC Output Converter) 회로를 이용하여 다중 교류 입력-단일 직류 출력의 변환 과정에서 전압 강하가 없는(즉, 전압 강하가 영이 되도록 하여 패널 간 램프 전류 산포가 발생하지 않는) 정밀한 인버터 시스템에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템(400)은 감지기(440)로부터 복수 개의 교류 신호가 입력되면 하나의 직류 신호인 단일 직류 신호로 변환하며, 변환된 단일 직류 신호를 이용하여 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상을 제어하기 위한 인버터 제어 신호를 출력하는 인버터 제어기(410), 인버터 제어 신호에 기초하여 램프 부하(430)의 복수 개의 램프로 전원을 공급하는 인버터(420), 복수 개의 램프를 포함하는 램프 부하(430) 및 복수 개의 램프의 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상을 감지하여 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상에 대한 복수 개의 교류 신호를 출력하는 감지기(440)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 인버터 제어기(410)는 감지기(440)로부터 입력되는 복수 개의 교류 신호 중 최대값을 가지는 교류 신호와 변환되어 출력되는 단일 직류 신호 사이의 전압 강하가 0이 되도록 제어할 수 있다. 즉, 인버터 제어기(410)는 감지기(440)로 부터 입력되는 복수 개의 교류 신호를 하나의 직류 신호인 단일 직류 신호로 변환하여 램프 전류 및 램프 구동 전압의 제어에 이용하는데, 감지기(440)로부터 입력되는 복수 개의 교류 신호와 변환되어 출력되는 단일 직류 신호 사이의 전압 강하는 0이 되도록 구성될 수 있다.

또한, 인버터 제어기(410)는 복수 개의 교류 신호 중 가장 작은 교류 신호의 최대값이 기 설정된 임계 전압보다 작은지 여부를 판단하여 인버터(420)의 동작을 중지시키는 인버터 제어 신호를 출력할 수 있으며, 이러한 인버터 제어 신호를 통해 인버터 시스템이 비정상적인 상태에 있는 경우 인버터 시스템을 보호할 수 있다.

이러한 인버터 제어기(410)는 피드백 신호 발생기(Feedback Signal Generator), 보호 회로(Protection Circuit), 에러 앰프(Error Amplifier), 제어기(Controller), 게이트 드라이버(Gate Driver), 디밍 회로(Dimming Circuit), 전원 및 바이어스(Power and Bias) 등을 포함하여 구성될 수 있는데, 이러한 구성 요소들이 하나의 칩 내에 집적되어 복수 개의 핀(PIN)을 가지는 IC 칩으로 구현될 수 있다.

도 4에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템(400)은 도 1을 통해 전술한 인버터 시스템과 비교할 때, 피드백 신호 발생기가 인버터 제어기(410) 내부에 구현된다. 또한, 인버터 제어기(410) 내에 구현되는 피드백 신호 발생기와 보호 회로는, 소자의 산포 또는 환경 변환에 따라 LCD 패널 간 혹은 패널 내의 램프 간 전류 산포를 유발하는 문제를 해결할 수 있도록, 영 전압 강하 다중 교류 입 력-단일 직류 출력 변환기를 이용하여 구성된다. 이러한 인버터 제어기(410)에 대해서는 도 5를 통해 상세히 설명한다.

인버터(420)는 입력되는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하여 출력하는데, 전원 공급기(122)와 교류증폭기(124)로 구성될 수 있다. 전원 공급기(122)는 하프브리지, 푸쉬 풀 혹은 풀 브리지 방식으로 구현될 수 있으며, 교류 증폭기(124)는 전원 공급기(122)로부터 출력되는 교류 전압을 증폭하며, 전원 공급기(122)의 구조에 따라 교류 증폭기(124)의 구조도 달라질 수 있다.

램프 부하(430)는 복수 개의 램프로 구성되어, 인버터(420)로부터 램프 구동 전압(VLamp1 ~ VLamp4)를 입력 받아 구동된다. 감지기(440)는 전류 감지기(142)와 전압 감지기(144)로 구성될 수 있으며, 전류 감지기(142)는 램프 부하(430)의 각 램프들의 램프 전류를 전류 감지 전압(IFB1 ~ IFB4)으로 변환하여 인버터 제어기(410)로 출력하고, 전압 감지부(144)는 인버터(420)의 램프 구동 전압(VLamp1 ~ VLamp4)을 감지하여 피드백 제어를 위한 전압 감지 전압(VFB1 ~ VFB4)을 인버터 제어기(410)로 출력한다.

인버터(420), 램프 부하(430) 및 감지기(440)에 대해서는 도 1을 통해 전술한 인버터(120), 램프 부하(130) 및 감지기(140)와 동일 또는 유사하므로, 더욱 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 도 1을 통해서도 전술한 바와 같이, 램프 부하(430)가 4 개의 램프로 구성되어, 인버터(420)가 4 개의 램프만을 구동하는 것으로 도시하고 설명하였지만, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템(400)은 램프 개수의 제한을 받지 않고 구현될 수 있다. 즉, 2 개의 램 프를 구동하거나 6 개의 램프를 구동하는 등 다양한 개수의 램프를 구동하는 인버터 시스템으로도 구현될 수도 있을 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어기를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어기(410)는 피드백 신호 발생기(510), 보호 회로(520), 에러 앰프(530), 제어기(540), 게이트 드라이버(550), 디밍 회로(560), 전원 및 바이어스(570) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 인버터 제어기(410)는 하나의 칩 내부에 집적되는 IC 칩으로 구현될 수 있으며, 각종 신호를 입력받아 복수 개의 램프의 램프 전류와 램프 구동 전압을 제어하기 위한 인버터 제어 신호를 출력하기 위한 복수 개의 핀을 구비한다.

여기서, 복수 개의 핀은 도시한 바와 같이, 인버터 제어기(410)를 턴온/턴오프하기 위한 신호를 입력받는 EN(Enable) 핀, 아날로그 디밍(Analogue Dimming)과 펄스 디밍(Pulse Dimming)을 위한 신호를 입력받는 ADIM 핀 및 PDIM 핀, ADIM 입력 DC 레벨을 조정하기 위한 등의 용도로 사용할 수 있도록 인버터 시스템(400)에 정밀 기준 전압을 제공하는 VREF 핀, 인버터 제어기(410)의 동작 전원을 입력받기 위한 VCC 핀, 제어기(540)의 PWM 주파수와 램프 오픈 시 램프 스트라이킹(Striking)을 위해 PWM 주파수를 높이기 위한 RT 핀 및 RTS 핀, 전류 제어 부궤환 루프(Loop)의 주파수 보상(Current Compensation) 및 전압 제어 부궤환 루프의 주파수 보상(Voltage Compensation)을 위한 ICOMP 핀 및 VCOMP 핀, 접지(Ground)를 위한 GND 핀, 감지기(440)로부터 복수 개의 피드백 신호인 복수 개의 교류 신호를 입력받기 위한 IFB1 핀 ~ IFB4 핀 및 VFB1 핀 ~ VFB4핀, 인버터(420)로 인버터 제어 신호를 출력하기 위한 HOUT 핀 및 LOUT 핀 등이 될 수 있지만, 인버터 제어기(410)의 기능이나 구현 방식에 따라 선택적으로 생략되거나 다른 핀들이 추가될 수도 있다.

도 5에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어기(410)에서는 다중 교류 입력을 단일 직류 출력으로 변환할 때 전압 강하가 0이 되도록 하기 위해서, 피드백 신호 발생기(510)가 인버터 제어기(410)의 IC 내에 구현된다. 또한, 이와 같이 영 전압 강하의 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환 방식을 인버터 제어기(410) 내부의 보호 회로(520)에 적용함으로써, 인버터 제어기(410)가 인버터(420) 또는 인버터 시스템(400)의 비정상 상태를 쉽게 검출할 수 있도록 한다. 이뿐만 아니라, 피드백 신호 발생기(510)가 모두 인버터 제어기(410)의 IC 내에 집적되므로 인버터 시스템(400)을 구현하기 위한 인쇄 회로 기판(PCB: Printed Circuit Board)의 크기를 작게 할 수 있으므로, 전체적인 인버터 시스템(400)의 구현 비용을 낮추고 신뢰성을 높일 수 있는 부가적인 장점이 있다.

도 5에서, 피드백 신호 발생기(510)는 인버터 시스템(400)에서 램프 전류와 램프 구동 전압을 제어하기 위한 피드백 신호(VFB, IFB)를 발생한다. 이를 위해, 피드백 신호 발생기(510)는 복수 개의 램프의 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상에 대한 복수 개의 교류 신호가 감지기(440)로부터 입력되면 변환하여 하나의 직류 신호인 단일 직류 신호를 출력하되, 입력되는 복수 개의 교류 신호 중 최대값을 가지는 교류 신호와 출력되는 단일 직류 신호 사이의 전압 강하가 0이 되도록 제어한다. 이러한 피드백 신호 발생기(510)는 영 전압 강하 다중 교류 입력-단 일 직류 출력 변환기를 사용하여 다중 교류 입력 신호들의 최대치로부터 단일 직류 출력 신호까지의 전압 강하가 영(0)이 되도록 구성되어, 반도체 소자의 산포에 의한 LCD 패널 간 램프 전류의 산포가 발생하지 않는 장점이 있다.

더욱 구체적으로, 피드백 신호 발생기(510)는 감지기(440)의 전압 감지기(144)로부터 전압 감지 전압(VFB1 ~ VFB4)을 VFB1 핀 ~ VFB4 핀을 통해 입력받아 램프 구동 전압을 제어하기 위한 단일 직류 신호인 전압 피드백 신호 VFB를 발생하는 전압 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(Voltage Zero Voltage Drop Multiple Ac Input-Single DC Output Converter, 512)와 감지기(440)의 전류 감지기(142)로부터 전류 감지 전압(IFB1 ~ IFB4)을 IFB1 핀 ~ IFB4 핀을 통해 입력받아 램프 전류를 제어하기 위한 단일 직류 신호인 전류 피드백 신호 IFB를 발생하는 전류 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(Current Zero Voltage Drop Multiple Ac Input-Single DC Output Converter, 514)를 포함하여 구성될 수 있다. 전압 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(512)와 전류 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(514)에 대해서는 도 6 내지 도 8을 통해 상세히 설명한다.

보호 회로(520)는 감지기(440)로부터 입력되는 복수 개의 교류 신호 중 가장 작은 교류 신호의 최대값이 기 설정된 임계 전압보다 작은지 여부를 판단하여 인버터(420)의 동작을 중지시키는 인버터 보호 신호를 출력한다. 즉, 보호 회로(520)는 램프 부하(430)의 램프가 오픈(Open)되는 경우 또는 램프 구동단이나 감지단(즉, 인버터(420)와 램프 부하(430) 사이나 램프 부하(430)와 감지기(440) 사이)이 단 락(Short)된 경우 등과 같이 인버터 시스템(400)이 비정상적인 상태에 있는 경우, 인버터(420) 또는 인버터 시스템(400)을 보호하기 위한 회로이다.

이러한 보호 회로(520)는 도시한 바와 같이, 영전압 강하 다중 교류 입력-다중 직류 출력 변환기(Zero Voltage Drop Multiple AC Input-Multiple DC Output Converter, 522), LTA 회로(524) 및 비교기(526)로 구성될 수 있다. 여기서, 보호 회로용 영전압 강하 다중 교류 입력-다중 직류 출력 변환기(522)는 감지기(440)로부터 복수 개의 교류 신호가 입력되면, 각 교류 신호의 최대값을 가지는 복수 개의 직류 신호를 출력하되, 입력되는 각 교류 신호와 출력되는 각 직류 신호 간의 전압 강하가 0이 되도록 제어한다. LTA 회로(524)는 영전압 강하 다중 교류 입력-다중 직류 출력 변환기(522)로부터 출력되는 각 단일 직류 신호 중 최소값을 가지는 단일 직류 신호 Vft를 출력한다. 비교기(526)는 LTA 회로(524)로부터 출력되는 단일 직류 신호 Vft와 기준 신호 Vprot를 비교하여 인버터 보호 신호 Fault를 출력한다.

즉, 감지기(440)의 전류 감지기(142)로부터 입력되는 복수 개의 전류 감지 전압(IFB1 ~ IFB4)은 영전압 강하 다중 교류 입력-다중 직류 출력 변환기부(522)에서 복수 개의 직류 출력으로 변환되고, LTA 회로(524)에 입력된다. 따라서, LAT 회로(524)의 출력인 단일 직류 신호 Vft는 복수 개의 전류 감지 전압(IFB1 ~ IFB4)의 복수 개의 교류 신호 중에서 가장 작은 값을 가지는 교류 신호의 최대치 전압이 된다. 인버터(420) 또는 인버터 시스템(400)이 비정상적인 상태에 있을 때, 단일 직류 신호 Vft는 기준 신호 Vprot보다 작아지므로, 비교기(526)의 출력 신호 Fault는 하이(High)가 되어 인버터(420) 또는 인버터 시스템(400)이 비정상적인 상태에 있 음을 제어기(540)로 알린다.

에러 앰프(530)는 피드백 신호 발생기(510)로부터 출력되는 단일 직류 신호를 이용하여 복수 개의 램프의 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상을 제어하기 위한 에러 신호(Error Signal)를 출력한다. 즉, 에러 앰프(530)는 램프 전류 또는 램프 구동 전압을 PWM 제어하기 위한 에러 신호를 출력한다.

이러한 에러 앰프(530)는 전압 에러 앰프(Voltage Error Amplifier, 532)와 전류 에러 앰프(Current Error Amplifier, 534)로 구성될 수 있다. 전압 에러 앰프(532)와 전류 에러 앰프(534)의 출력 VVerr와 IVerr은 각각 제어기(540)로 출력된다. 인버터 시스템(400)이 정상적인 상태인 경우에는 전류 에러 앰프(534)의 출력전압 IVerr에 의해 PWM 제어가 되고, 인버터 시스템(400)이 비정상적인 상태인 경우에는 전압 에러 앰프(532)의 출력전압 VVerr에 의해 PWM 제어가 된다. 전압 에러 앰프(532)와 전류 에러 앰프(534)는 각각 VCMP 핀의 단자와 ICMP 핀의 단자에서 인버터 제어 루프(Inverter Control Loop)의 보상이 이루어 진다.

제어기(540)는 에러 앰프(530)로부터 출력되는 에러 신호를 이용하여 복수 개의 램프의 램프 전류 및 램프 전압 중 하나 이상을 제어하기 위한 제어 신호를 게이트 드라이버(550)로 출력한다. 또한, 제어기(540)는 보호 회로(520)로부터 출력되는 인버터 보호 신호를 이용하여 인버터(420)의 동작을 중지시키기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 즉, 제어기(540)는 램프 전류와 램프 구동 전압의 PWM 제어와 인버터 시스템(400)의 보호 기능을 담당한다.

제어기(540)가 램프 전류와 램프 구동 전압의 PWM 제어와 인버터 시스 템(400)의 보호 기능을 수행하기 위한 구성과 기능에 대해 구체적인 예를 들어 설명하면 후술하는 바와 같다. 램프 전류와 램프 구동 전압의 PWM 제어를 위한 삼각파는 RT 핀의 단자와 접지 핀의 단자 사이에 저항을 연결하는 것만으로 얻을 수 있으므로, 삼각파를 얻기 위해 외부에 캐패시터를 추가로 연결할 필요가 없다. 램프가 오픈되면 램프 구동 전압을 정상 상태의 램프 구동 전압보다 높은 전압(약 3 배 내지 4 배의 전압)으로 구동하는 OLR 기능이 필요하다. 이를 위해서는 PWM 주파수를 정상 상태의 PWM 주파수보다 높여야 하는데, RTS 핀의 단자와 접지 단자 사이에 저항을 연결하면 정상 상태의 PWM 주파수 보다 높은 PWM 주파수를 얻을 수 있다. 램프 전류와 램프 구동 전압의 PWM 듀티비 제어는 인버터 제어기(110) 내부의 PWM 비교기(미도시)에서 에러 앰프(530)로부터 입력되는 VVerr 신호와 IVerr 신호를 비교함으로써 이루어지는데, 인버터(420) 또는 인버터 시스템(400)이 정상 상태인 경우에는 IVerr 신호가 PWM 비교되고, 비정상 상태인 경우에는 VVerr 신호가 PWM 비교된다.

인버터(420) 또는 인버터 시스템(400)이 비정상 상태인 경우 보호 회로(520)의 출력 신호 Fault는 하이가 되고 제어기(540)는 출력 신호 Fault에 따라 VVerr 신호를 PWM 비교하여 램프 구동 전압이 원하는 일정한 전압이 되도록 제어하며, OLP 기능을 위해 타이머(Timer, 미도시)를 동작시킨다. 이후, 일정 시간 후에도 인버터(420) 또는 인버터 시스템(400)이 정상 상태로 복귀하지 않으면, 제어기(540)는 인버터(420)의 동작을 정지시켜 인버터 시스템(400)의 동작을 정지시키는 OLP 기능을 수행한다. 통상적으로 1초 ~ 2초 사이에 수행되는 OLP 기능을 위해 타이밍 캐패시터(Timing Capacitor)를 연결하는 핀이 추가적으로 필요한데, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어기(410)는 타이머 기능을 위한 핀을 별도로 구비하지 않도록 구현됨으로써, 피드백 신호 발생기(510)를 인버터 제어기(410) 내부에 구현하면서도 핀의 개가 증가하지 않도록 할 수 있다.

게이트 드라이버(550)는 제어기(540)로부터 입력되는 제어 신호에 따라 인버터를 제어하기 위한 인버터 제어 신호를 출력한다. 즉, 게이트 드라이버(550)는 인버터(420)의 전원 공급기(122)의 스위치를 구동하기 위한 인버터 제어 신호를 출력하는데, 제어기(540)로부터 제어 신호를 입력받아 증폭하여 출력하며 전원 공급기(122)의 구조에 따라 출력되는 인버터 신호가 달라질 수 있다.

디밍 회로(560)는 램프 전류의 크기를 줄이기 위한 회로로서, 전류 에러 앰프(534)의 기준 전압 Vrefi를 변경하는 방식으로 램프 전류의 크기를 줄이는 아날로그 디밍과 램프 전류를 단속적으로(Intermittently) 흐르게 하여 램프 전류의 평균 전류가 감소되도록 하는 펄스 디밍 등의 방식을 이용할 수 있다. 여기서, 아날로그 디밍은 ADIM 핀에 걸리는 전압에 따라 램프 전류를 줄이도록 제어할 수 있는데, 바람직하게는 ADIM 핀에 걸리는 전압이 클수록 램프 전류의 크기도 증가하는 포지티브 모드(Positive Mode)와 ADIM 핀에 걸리는 전압이 작을수록 램프 전류의 크기가 증가하는 네거티브 모드(Negative Mode)를 동시에 지원할 수 있다. 펄스 디밍은 외부로부터 입력되는 펄스 신호인 PDIM의 듀티비에 비례하여 램프 전류의 크기가 달라지도록 제어한다.

전원 및 바이어스(570)는 인버터 제어기(410)의 외부로 기준 전압인 VREF를 출력하고 동시에 내부의 구성 요소로 전원 및 바이어스를 공급하며, 바람직하게는 EN 단자로부터 입력되는 EN 신호에 따라 인버터 시스템(400)의 동작을 온/오프 제어할 수 있다.

도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어기(410)가 피드백 신호 발생기(510), 에러 앰프(530), 제어기(540) 및 게이트 드라이버(550)뿐만 아니라, 보호 회로(520), 디밍 회로(560) 및 전원 및 바이어스(570)를 모두 포함하여 구성되는 것으로 도시하고 설명했지만, 이 모든 구성을 반드시 포함해야 하는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어기(410)는 제어하고자 하는 기능과 그 구현 방식에 따라 피드백 신호 발생기(510), 에러 앰프(530), 제어기(540) 및 게이트 드라이버(550)에 보호 회로(520)만을 추가로 포함하거나 디밍 회로(560)를 추가로 포함할 수 있으며, 전원 및 바이어스(570)는 인버터 제어기(410) 내부가 아닌 외부에서 인버터 제어기(410)의 내부의 소자들로 전원 및 바이어스를 공급할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기의 구현 예를 나타낸 예시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(600)는 도 5를 통해 전술한 바와 같이, 피드백 신호 발생기(510)의 전압 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(512) 또는 전류 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(514)로 구현될 수 있지만, 이는 입력 신호와 출력 신호의 종류에 따라 편의를 위해 구분된 것일 뿐, 내부 구성과 동작 및 기능은 동일하다. 또한, 도 6에서는 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(600)로 4 개의 신호가 입력되는 것을 도시하였지만, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 반드시 4 개의 입력이 있는 경우에만 적용되는 것은 아니며 2 개 이상 복수 개의 신호가 입력되는 경우에도 적용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 2 개의 입력인 경우 도 6에서 2 개의 입력 단자만 남기고 나머지 2 개의 입력 단자는 제거하는 방법으로 쉽게 구현할 수 있으며, 입력이 더 많아지는 경우에는 추가되는 입력 신호의 개수만큼 입력 단자를 추가하면 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(600)는 복수 개의 교류 신호인 다중 교류 신호가 입력되면 복수 개의 교류 신호 중 최대값을 가지는 교류 신호와 기준 신호 간의 차이값을 가지는 신호를 증폭하여 출력하는 다중 입력 차동 앰프(Multiple Input Differential Amplifier, 612), 다중 입력 차동 앰프(612)에 의해 증폭된 신호를 정류하는 다이오드(Diode, 614) 및 다이오드(614)에 의해 정류된 신호를 평활하는 필터(Filter, 620)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 기준 신호는 정류된 신호에 의해 결정되며, 다중 입력 차동 앰프(612)와 다이오드(614)가 영전압 강하-WTA 회로(ZVD-WTA: Zero Voltage Drop Winner-Takes-All, 이하 'ZVD-WTA 회로'라 칭함, 610)를 구성한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 다중 입력 차동 앰프(612)의 양(+)의 입력 단자는 4 개의 입력 단자로 구성되는데, 4 개의 입력 단자로 입력되는 입력 신호 중 제일 큰 전압이 인가되는 입력 단자가 실질적인 차동 앰프의 양의 입력 단자의 역할을 한다. 다중 입력 차동 앰프(612)의 출력 단자는 다이오드(614)의 애노드(Anode)로 연결되고, 다이오드(614)의 캐소드(Cathode)가 다중 입력 차동 앰프(612)의 음(-)의 입력 단자에 직접 연결되어 부궤환(Negative Feedback)을 구성한다.

양의 입력 단자는 복수 개의 입력 교류 신호(IN1 ~ IN4) 중 제일 큰 전압을 가지는 입력 교류 신호가 실질적인 양의 입력 신호로서 역할을 하므로, 출력 신호 Vo의 출력 전압 OUT=max(IN1, IN2, IN3, IN4)이 될 수 있다. 따라서, 도 3을 통해 전술한 기존의 방식과는 달리, 입력과 출력 간에 전압 강하가 발생하지 않는다. 물론, 다중 입력 차동 앰프(612)의 옵셋(Offset) 전압이 발생하지만, IC 회로에서 앰프의 옵셋 전압은 약 수 mV 이하가 되도록 쉽게 구현될 수 있고, 이러한 작은 앰프의 옵셋 전압은 도 5를 통해 전술한 에러 앰프(530)의 기준 전압이 약 수 V인 점을 감안하면 매우 작은 값이다. 예를 들어, 전류 에러 앰프(534)의 기준 전압 Vrefi가 2 V일 때, 2 mV의 옵셋 전압은 0.1 %의 에러를 의미하므로, 램프 전류의 산포 특성이 매우 좋은 인버터 시스템을 구현할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ZVD-WTA 회로를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.

ZVD-WTA 회로(610)는 전술한 바와 같이, 다중 입력 차동 앰프(612)와 다이오드(614)를 포함하여 구성되는데, 다중 입력 차동 앰프(612)는 도 7에 도시한 바와 같이, 복수 개의 교류 신호 중 최대값을 가지는 교류 신호를 출력하는 WTA 회로(710), WTA 회로(710)와 직류 레벨을 맞추기 위한 기준 신호를 출력하는 레벨 쉬프터(Level Shifter, 720), WTA 회로(710)와 레벨 쉬프터(720)의 바이어스 전류원(Bias Current Source)인 바이어스(Bias, 730) 및 WTA 회로(710)로부터 출력되는 최대값을 가지는 교류 신호와 기준 신호의 차이값을 증폭하여 하나의 신호를 출력하는 차동 앰프(740)를 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 다중 입력 차동 앰프(612)의 다중 입력단은 WTA 회로(710)로 구성되어, 입력 신호 IN1 ~ IN4 중 제일 큰 값을 가지는 입력 신호가 WTA 회로(710)의 출력 신호 Vp가 된다. MOSFET과 같은 스위치 M5는 WTA 회로(710)과 직류 레벨을 맞추기 위한 레벨 쉬프터(720)로서 동작하고, 바이어스(730)의 IB1과 IB2는 각각 WTA 회로(710)과 레벨 쉬프터(720) M5의 바이어스 전류원이다. WTA 회로(710)와 레벨 쉬프터 M5(720)의 출력 신호 Vp와 Vn은 각각 차동 앰프(740)의 양의 입력 단자과 음의 입력 단자로 입력된다. 또한, 다이오드(614)의 출력 신호 OUT는 차동 앰프(740)의 부궤환으로 레벨 쉬프터(720)의 게이트로 입력되므로, 레벨 쉬프터 M5(720)의 출력 신호 Vn은 부궤한 신호에 따라 WTA 회로(710)와 직류 레벨을 맞추기 위한 신호 즉, 기준 신호로서 차동 앰프(740)의 음의 입력 단자에 입력된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기의 동작 파형을 나타낸 예시도이다.

도 8에서는 도 6에서 도시한 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기의 입력 신호 IN1 ~ IN4와 출력 신호 OUT 간의 관계를 파형을 통해 예시적으로 나타내었다. 도시하지는 않았지만, 가로축이 시간을 나타내며 세로축이 전압을 나타낸다. 또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 입력 신호 IN1과 IN3는 각각 위상과 크기는 같고 IN2와 IN4도 각각 위상과 크기가 같지만, IN1는 IN2과 180°의 위상 차이가 있으며 마찬가지로 IN3과 IN4도 180°의 위상 차이가 있는 것으로 가정한다.

도 8에서, 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기의 입력 신호 IN1 ~ IN4 중 어느 하나의 입력 신호라도 출력 신호 OUT보다 큰 경우 출력 신호 OUT는 입력 신호와 동일해 지지만, 입력 신호가 출력 신호 OUT보다 작아지는 순간부터 다중 입력 차동 앰프(610)의 출력 신호 Vo는 급격히 감소하고 다이오드(614)는 턴오프된다. 따라서, 출력 신호 OUT의 전압은 필터(620)의 전류원 If와 필터(620) 캐패시터 Cf에 의해 방전된다. 출력 신호 OUT의 전압이 계속 방전되다가 어느 하나의 입력 신호라도 출력 신호 OUT보다 커지는 순간부터 다중 입력 차동 앰프(610)의 출력 신호 Vo는 증가하고 다이오드(614)는 턴온되며, 출력 신호 OUT는 최대 값을 가지는 입력 신호와 동일해 진다. 이와 같은 과정을 반복하면, 도 8에 도시한 파형과 같이 출력 신호 OUT이 출력된다.

도 6에서, 필터(620)는 전류원 대신에 저항을 사용하여 구현될 수도 있다. 또한 도 6에서, 다이오드 Dr(614)를 사용하였지만 베이스-에미터가 연결된 BJT를 사용할 수도 있으며. 마찬가지로 게이트-드레인이 연결된 MOSFET를 사용할 수도 있다. 게이트-드레인이 연결된 MOSFET을 사용하는 경우, MOSFET의 양방향 특성에 의해 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(600)의 출력 신호 OUT로부터 다중 입력 차동 앰프(612)의 출력 신호 Vo 방향으로 방전되지 않도록 해야 한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기의 다른 구현 예를 나타낸 예시도이다.

도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직 류 출력 변환기의 다른 구현 예로서, 더욱 구체적으로는 2 개의 교류 입력인 경우에 해당하는 구현 예를 예시적으로 나타내었다.

본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(900)에서 2 개의 교류 신호가 입력되는 경우에는 도 6에 도시한 바와 같이 구현될 수도 있지만, 도 9에 도시한 바와 같이, 2 개의 교류 신호가 입력되면 서로 간을 비교하여 비교 신호를 출력하는 비교기(Comparator, 910), 비교기(910)의 비교 신호에 따라 2 개의 교류 신호 중 하나의 교류 신호를 출력하는 2 개의 스위치(920, 922) 및 2 개의 스위치(920, 922)로부터 출력되는 하나의 교류 신호를 평활하여 직류 신호를 출력하는 필터(930)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 9에서, 스위치는 BJT로 구현될 수 있지만 이에 한정되지 않고 다양한 반도체 스위치로 구현될 수 있다. 비교기(910)와 2 개의 스위치(920, 922) 중 하나의 스위치(922)의 사이에는 논리 반전기(Logic Inverter, 924)가 삽입되어 비교기(910)의 출력 신호를 반전하여 스위치(922)로 입력한다.

도 9에서 비교기(910)는 두 개의 입력 신호 IN1과 IN2를 비교하여, IN1이 IN2보다 큰 경우에는 하이 신호를 출력한다. 비교기(910)로부터 출력되는 하이 신호는 2 개의 스위치 중 하나의 스위치 Q1(920)의 베이스로 직접 입력되고, 논리 반전기(924)에서 로우 신호로 반전되어 나머지 스위치 Q2(922)의 베이스로 입력된다. 따라서, 스위치 Q1(920)은 턴온되고 스위치 Q2(922)는 턴오프된다.

스위치 Q1(920)이 턴온되어 있는 시간 동안 입력 신호 IN1이 출력 신호 OUT보다 크면 출력 신호 OUT는 입력 신호 IN1와 동일해 지지만, 입력 신호 IN1이 출력 신호 OUT보다 작은 경우에는 스위치 Q1(920)의 에미터(Emitter)에서 컬렉터(Collector)로 전류가 흐를 수 없으므로(즉, 스위치 Q1(920)의 에미터와 켈렉터가 서로 바뀌어서 동작하는 역 동작 모드(Reverse Operation Mode)로 동작하지만, 역 동작 모드의 전류 이득(Current Gain)이 매우 낮으므로 무시할 수 있다.), 출력 신호 OUT의 전압은 필터(930)에서 방전된다. 반대로 IN2가 IN1보다 큰 경우에는 비교기(910)의 출력 신호는 로우가 되고 논리 반전기(924)의 출력 신호는 하이가 되어 스위치 Q1(920)은 턴오프되고 스위치 Q2(922)는 턴온된다. 마찬가지로, 입력 신호 IN2가 출력 신호 OUT보다 큰 전압일 경우에는 출력 신호 OUT는 입력 신호 IN2와 동일해 지고, 입력 신호 IN2가 출력 신호 OUT보다 작은 경우에는 출력 신호 OUT의 전압은 필터(930)에서 방전한다.

이상에서 전술한 바와 같이, 도 9에 도시한 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(900)의 동작 파형은 도 8과 유사하게 된다. 따라서, 스위치 Q1(920)과 스위치 Q2(922)의 턴온 전압이 매우 작으므로, 2개 입력에 대한 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기를 구현할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 회로를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 보호 회로(520)는 도 5에 도시한 바와 같이, 인버터 제어기(410) 내에 집적되는데, 도 6을 통해 전술한 영전압 강하 다중 교류 입력-다중 직류 출력 변환기(600)를 단일 입력인 경우에 대해 변형한 영전압 강하 단일 교류 입력-단일 직류 출력 변환기를 이용하여 더욱 간소하게 구성될 수 있다.

이러한 보호 회로(520)는 도 10에 도시한 바와 같이, 복수 개의 교류 신호 각각의 단일 교류 신호가 입력되면 각 단일 교류 신호의 최대값을 가지는 하나의 직류 신호인 단일 직류 신호를 출력하되, 입력되는 단일 교류 신호와 출력되는 단일 직류 신호 간의 전압 강하가 0이 되도록 제어하는 복수 개의 변환기(1010 내지 1016)로 구성되는 영전압 강하 다중 교류 입력-다중 직류 출력 변환기(522), 다중 교류 입력-다중 직류 출력 변환기(522)의 복수 개의 변환기(1010 내지 1016)로부터 출력되는 각 단일 직류 신호 중 최소값을 가지는 단일 직류 신호를 출력하는 LTA 회로(524) 및 LTA 회로(524)로부터 출력되는 최소값을 가지는 단일 직류 신호와 기준 신호를 비교하여 인버터 보호 신호를 출력하는 비교기(526)를 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 영전압 강하 다중 교류 입력-다중 직류 출력 변환기(600)를 단일 입력인 경우에 대해 변형한 영전압 강하 단일 교류 입력-단일 직류 출력 변환기 복수 개를 복수 개의 변환기(1010 내지 1016)로서 이용하여 영전압 강하 다중 교류 입력-다중 직류 출력 변환기(522)로 구현하고, 영전압 강하 다중 교류 입력-다중 직류 출력 변환기(522)를 LTA 회로(524)와 연결하며, 다시 LTA 회로(524)를 비교기(526)와 연결함으로써, 보호 회로(520)를 구성할 수 있다. 영전압 강하 단일 교류 입력-단일 직류 출력 변환기인 각 변환기(1010 내지 1016)는 도 6을 통해 전술한 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(600)에서 다중 입력을 단일 입력으로 변경한 것으로, 각 변환기(1010 내지 1016)의 동작은 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(600)의 동작과 유사하다.

각 변환기(1010 내지 1016) 는 전류 감지기(142)로부터 복수 개의 교류 신호 IFB1 ~ IFB4를 각각 입력받는다. 따라서, 각 변환기(1010 내지 1016) 의 출력 신호 OUT1 ~ OUT4는 각 램프의 전류 감지 전압의 최대치를 나타낸다. 각 변환기(1010 내지 1016) 의 출력 신호 OUT1 ~ OUT4는 LTA 회로(524)로 입력 되므로, LTA 회로(524)의 출력 신호 Vft는 각 변환기(1010 내지 1016)의 출력 신호 OUT1 ~ OUT4 중에서 가장 작은 값을 가지는 신호의 레벨 쉬프트된 전압이다.

인버터(420) 또는 인버터 시스템(400)이 비정상적인 상태에 있는 경우, LTA 회로(524)의 출력 신호 Vft는 비교기(526)의 기준 신호 Vprot의 레벨 쉬프트 전압인 Vftr보다 작아진다. 따라서, 비교기(526)의 출력 신호 Fault는 하이가 되어 인버터(420) 또는 인버터 시스템(400)이 비정상적인 상태에 있음을 나타낸다.

램프의 구동 전압 VLamp1 ~ VLamp4는 수백 V 이상의 높은 교류 전압인 반면, 램프 전류의 감지 전압 IFB1 ~ IFB4는 수 V이하의 낮은 전압이므로, 통상적으로 램프에 고압이 걸리는 부분을 HOT 단자라 하고 낮은 전압이 걸리는 램프의 전류 감지단을 COLD 단자라 한다. 인버터(420) 또는 인버터 시스템(400)의 비정상적인 상태로서 램프의 오픈, HOT 단자와 접지 단자 간의 단락 그리고 COLD 단자와 접지 단자 간의 단락 등이 있다. 이 경우, 각 변환기(1010 내지 1016) 의 출력은 거의 영이 되어 비교기(526)의 기준 신호 Vprot보다 작아지므로, 인버터(420) 또는 인버터 시스템(400)의 비정상적인 상태를 쉽게 검출할 수 있다.

또한, 보호 회로(520)는 램프에 금이 간 상태에서 램프 내부의 가스가 새어나오고 램프의 임피던스(Impedance)가 증가하는 브로컨 램프(Broken Lamp)와 같은 비정상적인 상태도 검출할 수 있다. 예를 들어, 브로컨 램프의 전류가 정상 램프에 비해 30 % ~ 40 %의 전류가 흐르며, 램프가 정상적이고 필터의 시정수(Time Constant)가 매우 크다고 가정하면, 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기(600)의 특성 때문에, 전류 감지 전압 IFB1 ~ IFB4의 최대치는 전류 에러 앰프(534)의 기준 전압 Vrefi와 같아진다. 따라서, 브로컨 램프의 램프 전류의 최대치는 전류 에러 앰프(534)의 기준 전압 Vrefi의 30 % ~ 40 %의 값을 가지게 되므로, 비교기(526)의 Vprot의 전압을 전류 에러 앰프(534)의 기준 전압 Vrefi의 30 % ~ 40 %보다 큰 전압으로 설정하면 된다. 또한, 디밍 회로(560)에서 아날로그 디밍을 사용하는 경우 전류 에러 앰프(534)의 기준 전압 Vrefi를 감소시키므로, 최대 아날로그 디밍의 경우에 오동작 하지 않도록 비교기(526)의 Vprot 전압을 설정하면 된다.

이상에서 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 램프를 하나의 인버터로 제어하는 인버터 시스템의 경우, 복수 개의 램프에 대한 램프 전류와 램프 구동 전압을 각각 하나의 피드백 신호로 변환하기 위해 사용되는 WTA 회로에서, WTA 회로를 구성하는 반도체 소자의 전압 강하가 발생하고, 발생한 전압 강하의 양산 산포와 온도 변화에 따른 변화의 원인으로 인하여 LCD 패널간 램프 전류의 산포를 유발하는 문제를 해결하여 패널 간 램프 전류의 산포가 거의 없는 고정밀의 인버터 시스템을 구현할 수 있다. 이러한 패널 간 램프 전류의 산포가 거의 없는 고정밀의 인버터 시스템은 복수 개의 교류 입력 신호를 하나의 직류 출력 신호로 변환하면서도 입력 신호와 출력 신호 간의 전압 강하가 0 또는 0에 가까운 영 전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기를 이용함으로써 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기를 인버터 제어기의 IC 외부에 구현하기에는 소자의 개수가 많으므로, 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기는 인버터 제어기의 IC 내부에 구현된다. 이로 인해, 인버터 제어기의 IC를 구성하는 반도체 패키지의 핀의 개수가 증가하여 인버터 시스템의 구현 비용이 증가시킬 수 있으므로, 제어 IC의 일부 기능을 IC 내부에 구현하여 핀의 개수를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기를 인버터 시스템의 보호 회로를 구현하는 데 응용하여 비정상적인 인버터 시스템의 상태를 쉽게 검출할 수 있다. 즉, 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기에서 입력이 하나인 영전압 강하 단일 교류 입력-단일 직류 출력 변환기로 변형하여 이를 보호 회로에 적용함으로써, 보호 회로에서도 전압 강하의 발생을 억제할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템은 패널 간 램프 전류의 양산 산포가 거의 없으면서도 각 램프의 램프 전류와 램프 구동 전압을 각각 하나의 피드백 신호로 변환하기 위한 기능을 인버터 제어기의 IC 내부에 구현함으로써, 전체적인 인버터 시스템의 구현 비용을 낮추고 실장 면적을 줄일 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 인버터 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도,

도 2는 인버터의 동작을 설명하기 위한 타이밍 예시도,

도 3은 다중 교류 입력-단일 교류 출력 변환기의 여러 가지 구현 형태를 나타낸 예시도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 시스템을 간략하게 나타낸 블록 구성도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어기를 간략하게 나타낸 블록 구성도,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기의 구현 예를 나타낸 예시도,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ZVD-WTA 회로를 간략하게 나타낸 블록 구성도,

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기의 동작 파형을 나타낸 예시도,

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 강하 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기의 다른 구현 예를 나타낸 예시도,

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호 회로를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

410: 인버터 제어기 420: 인버터

430: 램프 부하 440: 감지기

510: 피드백 신호 발생기 520: 보호 회로

530: 에러 앰프 540: 제어기

550: 게이트 드라이버 560: 디밍 회로

570: 전원 및 바이어스

Claims (12)

1. 복수 개의 교류 신호인 다중 교류 신호가 입력되면 상기 복수 개의 교류 신호 중 최대값을 가지는 교류 신호와 기준 신호 간의 차이값을 증폭하여 하나의 신호를 출력하는 다중 입력 차동 앰프;

   상기 증폭된 신호를 정류하는 다이오드; 및

   상기 정류된 신호를 평활하여 단일 직류 신호를 출력하는 필터

   를 포함하되, 상기 기준 신호는 상기 정류된 신호에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다중 입력 차동 앰프는,

   상기 복수 개의 교류 신호 중 최대값을 가지는 교류 신호를 출력하는 WTA 회로;

   상기 WTA 회로와 직류 레벨을 맞추기 위한 기준 신호를 출력하는 레벨 쉬프터;

   상기 WTA 회로와 상기 레벨 쉬프터의 바이어스 전류원인 바이어스; 및

   상기 최대값을 가지는 교류 신호와 상기 기준 신호의 차이값을 증폭하여 하나의 신호를 출력하는 차동 앰프

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기.
3. 2 개의 교류 신호가 입력되면 서로 비교하여 비교 신호를 출력하는 비교기;

   상기 비교 신호에 따라 상기 2 개의 교류 신호 중 하나의 교류 신호를 출력하는 2 개의 스위치; 및

   상기 출력되는 하나의 교류 신호를 평활하여 단일 직류 신호를 출력하는 필터

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 복수 개의 교류 신호의 입력과 상기 단일 직류 신호의 출력 간의 전압 강하는 0인 것을 특징으로 하는 다중 교류 입력-단일 직류 출력 변환기.
5. 복수 개의 램프의 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상에 대한 복수 개의 교류 신호가 입력되면 하나의 직류 신호인 단일 직류 신호를 출력하되, 상기 입력되는 복수 개의 교류 신호 중 최대값을 가지는 교류 신호와 상기 출력되는 단일 직류 신호 사이의 전압 강하가 0이 되도록 제어하는 피드백 신호 발생기;

   상기 출력되는 단일 직류 신호를 이용하여 상기 복수 개의 램프의 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상을 제어하기 위한 에러 신호를 출력하는 에러 앰프;

   상기 에러 신호를 이용하여 상기 복수 개의 램프의 램프 전류 및 램프 전압 중 하나 이상을 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 제어기; 및

   상기 제어 신호에 따라 상기 복수 개의 램프로 전원을 공급하는 인버터를 제어하기 위한 인버터 제어 신호를 출력하는 게이트 드라이버

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 인버터 제어기는,

   상기 복수 개의 교류 신호 중 가장 작은 교류 신호의 최대값이 기 설정된 임계 전압보다 작은지 여부를 판단하여 상기 인버터의 동작을 중지시키는 인버터 보호 신호를 출력하는 보호 회로를 추가로 포함하고, 상기 제어기는 상기 인버터 보호 신호를 이용하여 상기 인버터의 동작을 중지시키기 위한 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 보호 회로는,

   상기 복수 개의 교류 신호 각각의 단일 교류 신호가 입력되면 상기 단일 교류 신호의 최대값을 가지는 하나의 직류 신호인 단일 직류 신호를 출력하되, 상기 입력되는 단일 교류 신호와 상기 단일 교류 신호의 최대값을 가지는 단일 직류 신호 간의 전압 강하가 0이 되도록 제어하는 복수 개의 변환기;

   상기 복수 개의 변환기로부터 출력되는 각 단일 직류 신호 중 최소값을 가지는 단일 직류 신호를 출력하는 LTA 회로; 및

   상기 최소값을 가지는 단일 직류 신호와 기준 신호를 비교하여 상기 인버터 보호 신호를 출력하는 비교기

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어기.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 인버터 제어기는,

   하나의 IC로 집적되는 것을 특징으로 하는 인버터 제어기.
9. 복수 개의 램프;

   상기 복수 개의 램프의 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상을 감지하여 상기 램프 전류 및 램프 구동 전압 중 하나 이상에 대한 복수 개의 교류 신호를 출력하는 감지기;

   상기 복수 개의 교류 신호가 입력되면 하나의 직류 신호인 단일 직류 신호로 변환하며, 상기 변환된 단일 직류 신호를 이용하여 상기 램프 전류 및 상기 램프 구동 전압 중 하나 이상을 제어하기 위한 인버터 제어 신호를 출력하는 인버터 제어기; 및

   상기 인버터 제어 신호에 기초하여 상기 복수 개의 램프로 전원을 공급하는 인버터

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 인버터 제어기는,

    상기 입력되는 복수 개의 교류 신호 중 최대값을 가지는 교류 신호와 상기 변환된 단일 직류 신호 사이의 전압 강하가 0이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하 는 인버터 시스템.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 입력되는 복수 개의 교류 신호 중 최대값을 가지는 교류 신호와 상기 변환된 단일 직류 신호 사이의 전압 강하가 0인 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 인버터 제어기는,

    상기 복수 개의 교류 신호 중 가장 작은 교류 신호의 최대값이 기 설정된 임계 전압보다 작은지 여부를 판단하여 상기 인버터의 동작을 중지시키는 인버터 보호 신호를 상기 인버터 제어 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 인버터 시스템.

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