KR20050064024A - Pdp 응용시스템을 위한 고효율 박형 서스테인 전원회로 - Google Patents
Pdp 응용시스템을 위한 고효율 박형 서스테인 전원회로 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 PDP(plasma display panel) TV 시스템의 전원회로에서 가장 중요한 역할을 할 뿐 아니라 가장 많은 전력을 소모하는 서스테인 전원회로를 고효율, 박형으로 개발함으로써 전체 시스템의 고효율, 저소비전력화를 가능케 하고, PDP TV 시스템의 박형 설계를 용이하게 하는 실제적인 제작 방법에 관한 것이다. 본 발명은 ac PDP 응용 시스템내의 서스테인 구동회로에 전원을 공급하기위한 박형 직류-직류 컨버터의 설계와 제작을 기술한다. 제작된 컨버터는 영전압 스위칭 동작을 위해서 시비율이 상보적으로 동작하는 PWM(pulse width modulation) 하프 브릿지 회로를 이용하며, 박형 설계를 위해서 PCB 권선과 박형 자기 소자를 사용한다. 입력 380 V, 출력 180 V 에서 95 % 이상의 변환 효율을 유지하면서 230mm×130mm×25mm 크기로 소형화된 500 W급 직류-직류 컨버터를 제작하고, 제작된 컨버터의 성능과 응용에 대하여 서술하였다.
Description
최근 디스플레이 시장에서는 TV와 모니터용으로 수십 년간 널리 사용되던 CRT대신 TFT-LCD와 PDP가 시장을 점유하고 있으며, 특히 40 인치 급 이상의 대형 모니터와 HDTV용으로는 PDP가 가장 유력한 디스플레이 장치로 부각되고 있다. 본 발명은 PDP TV 시스템의 전원회로에서 가장 중요한 역할을 할 뿐 아니라 가장 많은 전력을 소모하는 서스테인 전원회로를 고효율, 박형으로 개발하는데 목적이있다. 이러한 PDP TV 전원회로에 사용된 종래기술은 효율이 낮을 뿐아니라, 일반적인 자기소자와 권선을 이용하여 전체 회로의 높이가 높은 단점이 있었다. 이러한 단점은 벽걸이형 PDP TV의 제작에 가장 큰 문제점으로 인식되어왔다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자들은 박형 자기소자와 다층 PCB(printed circuit board)기판을 이용하여 종래 기술의 단점을 개선하였고, 그 결과 고효율, 박형 서스테인 전원회로를 개발하였다.
본 발명은 ac PDP 응용 시스템내의 서스테인 구동회로에 전원을 공급하기위한 박형 직류-직류 컨버터의 설계와 제작을 기술한다. 제작된 컨버터는 영전압 스위칭 동작을 위해서 시비율이 상보적으로 동작하는 PWM 하프 브릿지 회로를 이용하며, 박형 설계를 위해서 PCB 권선과 박형 자기 소자를 사용한다. 입력 380 V, 출력 180 V 에서 95 % 이상의 변환 효율을 유지하면서 230mm×130mm×25 mm 크기로 소형화된 500 W급 직류-직류 컨버터를 제작하고, 제작된 컨버터의 성능과 응용에 대하여 서술하였다. 도 1은 서스테인 구동회로에 전원을 공급하기위한 직류-직류 컨버터의 간략화 된 회로도이다. 컨버터의 1차측은 두개의 MOSFET의 시비율이 상보적으로 동작하는 하프 브릿지 구조와 클램 커패시터(CC)로 구성되어 있으며, 2차측은 센터 탭 전파 정류기와 필터로 이루어져 있다. 비대칭 PWM 하프 브릿지 직류-직류 컨버터는 쉽게 영전압 스위칭을 할 수 있기 때문에 입력전압과 출력전압이 높은 서스테인 전원회로에 특히 유리하다. 컨버터의 출력전압은 Opto-coupler와 PWM IC를 사용한 일반적인 전압 제어로써 레귤레이션 한다. 제안된 서스테인 전원회로에서 가장 구별되는 특징은 모든 자기 소자에 PCB 권선을 이용한 박형의 자성체를 사용했다는 것이다. 도 2는 제안된 컨버터에 사용되는 변압기의 내부구조와 외형이다. 도 2(a)는 변압기를 분해한 모습을 나타낸다. 각 층마다 나선형으로 동판을 에칭시켜서 만든 다층 PCB는 E-I 코어로 둘러싸여 있다. 도 2(b)는 각층이 4ounce/ft2의 동 박판으로 된 12층 PCB를 사용하여 제작한 PCB권선의 절단면이다. 도 2(c)는 PCB권선을 이용한 박형 변압기의 전체적인 모습을 나타낸다. 도 1에서 나타낸 Lext과 LF도 단지 크기와 PCB 권선 층수만 다를 뿐 구조와 외형은 변압기의 경우와 동일하다. 도 3은 제작한 컨버터에 사용되는 박형 자기 소자에 관한 세부사항이다. 자기 소자의 크기는 스위칭 주파수와 컨버터의 출력 전력을 고려하여 선택하였다. 제안된 컨버터에서 사용한 박형의 자기 코어는 Ferroxcube사의 페라이트 코어이다. 동 패턴은 코어의 윈도우를 최대한 사용할 수 있도록 직사각형의 나선형으로 설계되었고, 적합한 인덕턴스 값을 고려하여 동 패턴의 크기와 모양을 실험적으로 결정하였다. 도통 손실을 줄이기 위해서 동 패턴은 4 ounce/ft2의 동판으로 제작하였으며, 동 패턴 간 간격은 PCB 제조공정상에서 최소화 하였다. 도 3에서 자기 소자들의 측정된 인덕턴스 값을 나열하였다. 변압기에서 Lm은 자화 인덕턴스이고 Lk는 누설 인덕턴스이다. 도 4은 변압기의 PCB 권선 구조이다. 4개의 중간층은 1차측 권선으로 되어있으며, 나머지 8개 층은 센터 탭 구조의 2차 권선으로 되어있다. 모든 층이 동일한 구조로 되어있기 때문에 변압기의 턴수비는 1:1:1이다. 도 4와 같이 샌드위치 권선 기법을 사용하여 PCB 권선의 교류 저항성분을 감소시켰다. 영전압 스위칭에 필요한 인덕턴스 값보다 PCB 권선의 누설 인덕턴스 값이 작기 때문에 6.32 μH의 보조 인덕터를 추가하였다. 도 5(a)와 5(b)는 제작된 서스테인 전원회로의 사진이다. 컨버터에 사용된 자기 소자들은 12층 PCB 기판을 이용하여 제작하였다. 이 기법을 통해 제조공정을 간단히 할 수 있고 전원회로의 가격을 낮출 수 있다. 제작된 컨버터의 두께는 25 mm 이다. 컨버터의 두께는 자기소자의 높이에 의해서가 아니라 필터 커패시터에 의해서 결정된다. 본 발명에서 제작된 컨버터는 필터 커패시터로 Rubycon사의 150μF/400V 용 커패시터를 사용 하고 있으며 컨버터를 230mm ×130mm×25mm 크기로 소형화하였다. 도 6은 제작한 컨버터를 Vs=380 V, Io=3 A의 동작조건에서 측정한 실험 파형이다
도 7은 제작된 컨버터의 효율을 측정한 것이다. 효율은 넓은 동작범위에서 95 % 이상 측정되었으며, 이는 제안된 컨버터의 성능과 적용 가능성을 보여주고 있다. 이렇게 PDP TV용 서스테인 전원회로를 박형 자기소자와 다층 PCB기판을 이용하여 제작함으로써 기존의 것에 비해 훨씬 낮은 두께와 고효율로 제작 할 수 있다.
도 1은 서스테인 전원회로에 적용된 하프 브릿지 직류-직류 컨버터이다.
도 2a는 변압기의 분해도이다.
도 2b는 PCB권선의 절단면이다.
도 2c는 박형 변압기의 전체적인 모습이다.
도 3은 PCB 권선을 이용한 박형 자기 소자에 대하여 자세히 정리하였다.
도 4는 변압기의 PCB 권선 구조이다.
도 5a는 제작한 박형 전원회로의 윗면이다.
도 5b는 제작한 박형 전원회로의 측면이다.
도 6은 제작한 서스테인 전원회로의 실험 파형이다.
도 7은 제작한 서스테인 전원회로의 효율이다.
도 8은 박형 자기소자의 구조이다.
Claims (6)
- 다양한 종류의 컨버터에 다층 PCB(printed circuit board)기판과 박형 자기소자(planar magnetic components) 및 능동 클램회로를 이용하여 고효율 박형 Power system 제작.
- 제 1 항에 있어서 컨버터는 브릿지 컨버터(bridge converter), 포워드 컨버터(forward converter), 플라이백 컨버터(flyback converter), 포워드 플라이백 컨버터(forward flyback converter) 등 변압기 및 인덕터를 이용하는 컨버터.
- 제 1 항에 있어서 다층 PCB는 샌드위치(sandwich) 권선기법, 일반적인 권선기법 등을 이용하였으며, 내부 비아(inner via)를 이용한 각 층간의 연결을 통해 10층 이상의 다층 PCB기판을 사용하였다.
- 제 1 항에 있어서 PCB 권선과 박형 자기소자를 이용한 시스템 설계의 방법으로 도 8에서 제시한 (a) 독립형(Stand-alone), (b) 혼합형(Hybrid), (c) 내려앉은 독립형(Stand-alone sunken), (d) 통합형(Integrated)으로 부터 선택되는 1종이상의 형태를 포함하는 것.
- 제 1 항에 있어서 저항 성분이 없는 커패시터(Capacitor)와 다이오드(diode)로 구성된 무손실의 능동 클램 회로를 이용한 컨버터.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서 박형 설계를 위한 방법에는 박형 자기소자 및 박형 커패시터(capacitor)를 포함한다.
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| KR1020030095293A KR20050064024A (ko) | 2003-12-23 | 2003-12-23 | Pdp 응용시스템을 위한 고효율 박형 서스테인 전원회로 |
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| KR1020030095293A KR20050064024A (ko) | 2003-12-23 | 2003-12-23 | Pdp 응용시스템을 위한 고효율 박형 서스테인 전원회로 |
Publications (1)
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| KR20050064024A true KR20050064024A (ko) | 2005-06-29 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170078034A (ko) * | 2015-12-29 | 2017-07-07 | 전자부품연구원 | 고밀도 전원용 전력변환장치 |
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2003
- 2003-12-23 KR KR1020030095293A patent/KR20050064024A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR20170078034A (ko) * | 2015-12-29 | 2017-07-07 | 전자부품연구원 | 고밀도 전원용 전력변환장치 |
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