KR20120077176A - 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 디스플레이 패널을 구동하기 위한 전원 공급 장치가 개시된다.
교류-직류 전력 변환을 수행하여 플라즈마 디스플레이 패널을 구동하기 위한 전원을 공급하는 장치가 개시된다. 전원 공급 장치는 교류전원을 입력 받아서 정류하는 정류부, 정류부의 출력을 입력 받아서 1차측에 충전되는 에너지를 2차측으로 전달한 후 직류전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환부, 전력 변환부의 1차측에 연결된 스위칭 소자의 개폐를 제어하여 정류부에서 전달되는 전력 변환부의 1차측 입력을 2차측 출력으로 유도하되, 스위칭 동작 시 정류부 출력의 위상을 조정하여 역률(Power Factor)을 보정해 주는 제어부를 포함한다.
이러한 구성에 따르면, 수동형 역률보정 기능을 제거하여 대용량의 코일과 콘덴서의 필요성을 없애면서 소정의 역률을 보장할 수 있다.

Description

플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치{Power Supply Apparatus for Plasma Display Panel}
본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역률보정(PFC: Power Factor Correction) 기술이 적용되는 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마 디스플레이 패널에 사용되는 전원 공급 장치에는 역률보정 회로가 내장되어 있다. 역률보정 회로는 크게 디지털 회로로 구성되는 능동형(Active) 역률보정 회로와 아날로그 회로로 구성되는 수동형(Passive) 역률보정 회로로 구분할 수 있다.
능동형 역률보정 회로는 반도체 칩을 사용하여 어긋난 전압, 전류 파형을 일치시켜 무효전력을 유효전력으로 변환하며, 파형이 일치하는 구간을 샘플링(sampling) 하여 그 순간만 회로를 온(on)-오프(off) 함으로써 역률을 상당 수준 향상시킨다. 이때 출력전압을 올려주게 되면 역률상승 효과가 증대되므로 능동형 역률보정 회로를 승압형 회로라고도 한다. 회로마다 차이가 있으나 대개 AC110~220V의 입력전압을 310~380V까지 승압한다.
수동형 역률보정 회로는 능동형 역률보정 회로를 보완하는 수단으로서, 전압과 전류의 사인파 파형을 직류와 유사하게 만들어 강제로 파형을 일치시키는 역할을 수행한다. 이때 전압을 평활하는 역할로 대용량 콘덴서가 사용되고, 전류를 평활하는 역할로 대용량 코일이 사용된다. 수동형 역률보정 회로의 효과로 역률을 0.5에서 0.75~0.8까지 끌어올릴 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 전원회로를 나타낸 회로도이다.
도 1을 참조하면, 교류전원의 입력이 트랜스포머(10)의 1차측에서 2차측으로 유기되면서 권선비에 따른 승압 또는 감압이 이루어지며, 승압 또는 강압된 전압은 브릿지 정류기(20)를 거쳐 전파 정류된 후 후단의 평활 콘덴서(C1)에 의해 정류되어 직류로 출력된다. 도 1과 같은 전원회로는 가장 간단한 구조로 교류-직류 변환 및 전압레벨 변환의 효과를 거둘 수 있으나 이러한 회로는 효율이 낮아서 현실적으로는 간단한 어댑터 정도에서만 사용된다.
도 2의 회로는 도 1의 회로를 보완하여 효율을 상승시킨 것으로, 교류전원을 입력받아 브릿지 정류기(30)를 거쳐 정류하고, 능동형 역률보정 회로인 역률 보정부(40)와, 코일(L1) 및 콘덴서(C1)를 포함한 수동형 역률보정 회로를 거쳐 직류로 만든 후 PWM(Pulse Width Modulation) 회로부(60)를 통해 해당 신호의 진폭을 변조하여 트랜스포머(50)의 1차측에서 2차측으로 유도함으로써 원하는 직류전원의 형태로 변환한다. 그러나 2와 같은 회로의 경우에도, 역률을 보장하기 위하여 큰 공간을 차지하는 대용량의 코일과 콘덴서를 필요로 하므로, 소형화/집적화가 어렵고, 비용이 상승되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 수동형 역률보정 기능을 제거하여 대용량의 코일과 콘덴서의 필요성을 없애면서 소정의 역률을 보장할 수 있도록 하는 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치는 교류-직류 전력 변환을 수행하여 플라즈마 디스플레이 패널을 구동하기 위한 전원을 공급하는 장치에 있어서, 교류전원을 입력 받아서 정류하는 정류부; 상기 정류부의 출력을 입력 받아서 1차측에 충전되는 에너지를 2차측으로 전달한 후 직류전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환부; 및 상기 전력 변환부의 1차측에 연결된 스위칭 소자의 개폐를 제어하여 상기 정류부에서 전달되는 상기 전력 변환부의 1차측 입력을 2차측 출력으로 유도하되, 스위칭 동작 시 상기 정류부 출력의 위상을 조정하여 역률(Power Factor)을 보정해 주는 제어부를 포함한다.
상기 정류부는 교류전원이 인가되는 브리지 정류기로 구성될 수 있다.
상기 전력 변환부는 1차측이 상기 정류부의 출력단과 상기 스위칭 소자 사이에 접속되어 있는 트랜스포머; 및 상기 트랜스포머의 2차측 출력을 정류 및 평활하여 직류전원을 생성한 후 상기 플라즈마 디스플레이 패널에 제공하는 정류 평활부를 포함할 수 있다.
상기 스위칭 소자는 상기 제어부의 제어에 의해 스위칭 동작을 수행하며, 상기 정류부의 출력단과 상기 트랜스포머의 1차측 사이에 접속되어 상기 트랜스포머를 온(on) 또는 오프(off)시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치에 따르면, 수동형 역률보정 기능을 제거하여 대용량의 코일과 콘덴서의 필요성을 없애면서 소정의 역률을 보장할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 전원회로를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치의 회로도이다.
도 4는 도 3에 나타난 전원 공급 장치의 동작을 설명하기 위한 표이다.
도 5는 도 3에 나타난 전원 공급 장치의 부분별 신호파형을 예시한 파형도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치의 회로도로서, 교류-직류 전력 변환을 수행하여 플라즈마 디스플레이 패널을 구동하기 위한 직류전원을 공급하는 장치의 회로구성을 예시하고 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치는 정류부(110), 전력 변환부(120), 제어부(130) 및 스위칭 소자(140)를 포함한다. 도 3과 같이 구성된 전원회로는 외부에서 입력되는 교류전원(예컨대, 220V)을 직류전원으로 변환하며, 직류전원의 변환 과정에서 생길 수 있는 역률(Power Factor)의 저하를 보정한다.
정류부(110)는 교류전원의 입력을 전파 정류하여 출력하는 회로부로서, 4개의 다이오드가 상호 연결되어 브리지를 형성하는 브리지 정류기(Bridge Rectifier)를 사용한다. 브리지 정류기의 4개의 단자 중에서 상하 두 개의 단자로 이루어지는 입력단으로는 교류전원이 입력되고, 좌우 두 개의 단자로 이루어지는 출력단으로는 전파 정류된 전원(맥류)이 출력된다.
전력 변환부(120)는 정류부(110)의 출력을 입력 받아서 1차측에 충전되는 에너지를 2차측으로 전달한 후 직류전원으로 변환하여 출력한다.
전술한 전력 변환부(120)는 1차 코일(L1)과 1차 코일(L1)에 자기적으로 커플링되어 있는 2차 코일(L2, L3)을 구비하여 그 권선비에 따라 1차측의 충전전력을 2차측으로 변환하여 전달하는 트랜스포머(121)를 포함한다. 트랜스포머(121)에서 2차측에 복수 개의 2차 코일(L2, L3 등)을 구비하고, 1차측과 2차측의 권선비를 조정하면 플라즈마 디스플레이 패널의 구동에 필요한 여러 레벨의 직류전원을 제공할 수 있다.
정류부(110)의 두 출력단자 중 제1 출력단자는 스위칭 소자(140)에 연결되고, 제2 출력단자는 트랜스포머(121)의 1차측에 구비된 1차 코일(L1)에 연결된다. 트랜스포머(121)는 1차측에 구비된 1차 코일(L1)이 정류부(110)의 제2 출력단자와 스위칭 소자(140) 사이에 접속되도록 구성된다. 또한, 정류 평활부(122)는 트랜스포머(121)의 2차측에 구비된 2차 코일(L2, L3)들 각각에 접속되어 트랜스포머(121)의 2차측 출력을 정류 및 평활하여 직류전원을 생성한 후 플라즈마 디스플레이 패널로 제공한다. 정류 평활부(122)는 두 개의 코일 부분으로 구획된 2차 코일(L2, L3) 각각에 연결되어지며, 2차측으로 전달된 전력의 정류를 위한 출력 다이오드 및 평활을 위한 출력 콘덴서로 구성되어 있다.
제어부(130)는 역률보정 기능을 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 회로부로서, 전력 변환부(120)의 1차측에 연결된 스위칭 소자(140)의 개폐를 통해 스위칭 동작을 제어함으로써 정류부(110)에서 전달되는 전력 변환부(120)의 1차측 입력을 2차측 출력으로 유도한다. 더불어, 제어부(130)는 스위칭 동작 시 정류부(110) 출력의 위상을 조정하여 역률(Power Factor)을 보정해 줌으로써 전력 변환부(120)의 역률 저하를 보상하고, 무효전력을 유효전력으로 바꾸어 전력효율을 극대화시킨다. 이러한 제어부(130)는 정류부(110)의 출력이 전력 변환부(120)로 입력됨에 따라 전력 변환부(120)의 1차측에 충전되는 에너지를 스위칭 소자(140)의 개폐를 통해 충방전함으로써 입력전압과 입력전류를 동일 위상으로 만들어 역률보정을 수행할 수 있다.
스위칭 소자(140)는 NPN BJT(Bipolar Junction Transistor) 타입의 트랜지스터이다. 트랜지스터의 베이스단(B)은 제어부(130)로 연결되고, 콜렉터단(C)은 트랜스포머(121)의 1차 코일(L1)에 접속되며, 이미터단(E)은 정류부(110)를 구성하는 브리지 정류기의 제1 출력단자에 접속된다. 이와 같이 배치된 스위칭 소자(140)는 정류부(110)의 출력단과 트랜스포머(121)의 1차측 사이에 위치하여 제어부(130)의 제어에 의해 100KHz~1MHz의 고주파 스위칭을 수행하게 된다.
정류부(110)로 60Hz의 교류전원이 가해지면 전력 변환부(120)에 구성된 트랜스포머(121)의 1차 코일(L1)에는 정류부(110)를 거친 120Hz의 교류전원이 인가되고, 1차 코일(L1)에서 발생된 자속(Magnetic Flux)은 2차 코일(L2, L3)들에게 동일 주파수의 교류전원을 유기시킨다. 이때, 트랜스포머(121)의 권선비에 의하여 전압을 승압 또는 감압할 수 있으며, 제어부(130)를 통해 스위칭 주파수를 증가시킴으로써 부피와 무게에 있어서 큰 비중을 차지하는 코일 및 콘덴서의 크기와 무게를 줄이고, 그에 따라 전원회로 전체의 크기와 무게를 현저히 줄일 수 있게 된다.
전술한 제어부(130)는 스위칭 소자(140)인 트랜지스터를 온(on)/오프(off)시켜서 트랜스포머(121)에 인덕턴스 변화를 유도시키며, 유도된 인덕턴스는 2차측으로 유도되어 동일한 주파수의 교류전원 파형으로 나타난다. 정류 평활부(122)는 이 신호파형을 다이오드를 이용해 정류한 후 다이오드에 연결된 콘덴서를 통과시켜 직류전원으로 만든다. 정류 평활부(122)의 출력 콘덴서는 일정한 전압 이상이 들어오면 기준 이상으로 들어오는 전하를 충전시키고, 그 이하로 전압이 들어오면 충전시켜 둔 전하를 방전시키는 방법으로, 항상 일정한 전압을 유지시켜 2차측으로 유도된 맥류를 일정한 전압에 비슷하게 만들어 준다.
도 3의 전원회로는 60Hz의 교류전원을 입력 받아서 정류부(110)의 브릿지 정류기에서 전파 정류하여 120Hz의 교류전원으로 변환한 후 이를 트랜스포머(121)에 전달한다. 제어부(130)에서 트랜스포머(121)로 전달된 신호를 100KHz~1MHz의 고주파로 스위칭하게 되면 트랜스포머(121)의 2차측에서는 트랜스포머(121)의 권선비에 의해 소정의 출력전원을 얻을 수 있고, 정류 평활부(122)는 2차측에서 얻어진 신호를 다시 정류 및 평활하여 구동에 필요한 직류전원을 생성한다.
이러한 구성에 따르면, 수동형(Passive) 역률보정 회로로 기능하는 고용량의 코일과 콘덴서를 제거하는 것이 가능하다. 즉 트랜스포머(121)의 인덕턴스를 이용하여 고용량의 코일을 제거할 수 있으며, 정류부(110)에서 출력된 맥류를 그대로 사용하게 되므로 평활을 위한 고용량의 콘덴서를 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전원회로는 고용량의 코일과 콘덴서를 제거하면서도 전력효율이나 역률보정 면에서 높은 효과를 달성할 수 있게 된다.
도 4는 도 3에 나타난 전원 공급 장치의 동작을 설명하기 위한 표이다.
도 4의 표에서 1번은 도 1의 전원회로로서, 트랜스포머(10)를 기준으로 1차측의 60Hz 교류입력(AC)을 2차측에서 60Hz 교류(AC) 그대로 전압 변환하여 정류한 후 직류(DC)로 출력하는 경우이다. 2번은 도 2의 전원회로로서, 트랜스포머(50)를 기준으로 1차측의 교류입력(AC)을 직류(DC)로 변환한 후 2차측에서 이를 다시 직류전압(DC)으로 변환하는 경우이다. 2번 전원회로의 경우, 고주파 변환 과정을 거쳐 비교적 높은 전력변환 효율을 달성할 수 있으나 고용량의 코일 및 콘덴서의 사용 등으로 인해 비용이 상승되는 문제가 있다. 이에 반해, 도 3과 같은 3번 전원회로는 1차측의 60Hz 교류입력(AC)을 120Hz 교류(AC)로 변환한 후 2차측에서 직류(DC)로 변환하는 것으로, 85% 내외의 높은 전력변환 효율을 달성하면서도 대용량의 코일과 콘덴서를 포함하는 수동형 역률보정 회로를 제거할 수 있다.
도 5는 도 3에 나타난 전원 공급 장치의 부분별 신호파형을 예시한 파형도이다.
정류부(110)의 브리지 정류기로 초당 60Hz로 (+)와 (-)를 번갈아 오가면서 진동하는 교류전원이 인가되며, 브리지 정류기의 후단에서는 (a)에 도시된 것처럼 120Hz의 교류전원(맥류)이 생성된다. (b)는 트랜스포머(121)의 후단에서 나타나는 신호파형을 예시한 것으로, 여기서 일부를 확대하면 (c)와 같은 스위칭 파형을 확인할 수 있다. (b)와 같은 파형의 신호가 트랜스포머(121)의 1차측에서 2차측으로 유도되며, 안정적이고 일정한 직류를 만들기 위한 정류 평활부(122)를 거치면서 (d)와 같은 직류전원의 신호파형이 출력될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 플라즈마 디스플레이 패널의 전원 공급 장치에 있어서, 수동형(Passive) 역률보정 기능을 제거하면서도 소정의 역률을 보장할 수 있다. 본 발명의 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
110: 정류부
120: 전력 변환부
121: 트랜스포머
122: 정류 평활부
130: 제어부
140: 스위칭 소자

Claims (4)

  1. 교류-직류 전력 변환을 수행하여 플라즈마 디스플레이 패널을 구동하기 위한 전원을 공급하는 장치에 있어서,
    교류전원을 입력 받아서 정류하는 정류부;
    상기 정류부의 출력을 입력 받아서 1차측에 충전되는 에너지를 2차측으로 전달한 후 직류전원으로 변환하여 출력하는 전력 변환부; 및
    상기 전력 변환부의 1차측에 연결된 스위칭 소자의 개폐를 제어하여 상기 정류부에서 전달되는 상기 전력 변환부의 1차측 입력을 2차측 출력으로 유도하되, 스위칭 동작 시 상기 정류부 출력의 위상을 조정하여 역률(Power Factor)을 보정해 주는 제어부를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정류부는 교류전원이 인가되는 브리지 정류기를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전력 변환부는,
    1차측이 상기 정류부의 출력단과 상기 스위칭 소자 사이에 접속되어 있는 트랜스포머; 및
    상기 트랜스포머의 2차측 출력을 정류 및 평활하여 직류전원을 생성한 후 상기 플라즈마 디스플레이 패널에 제공하는 정류 평활부를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 상기 제어부의 제어에 의해 스위칭 동작을 수행하며, 상기 정류부의 출력단과 상기 트랜스포머의 1차측 사이에 접속되어 상기 트랜스포머를 온(on) 또는 오프(off)시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널용 전원 공급 장치.
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