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애플리케이션 노트  3615

DS3984/DS3988 다중 램프 구동 기법

개요: DS3984와 DS3988은 멀티채널 CCFL(냉음극 형광 램프) 컨트롤러이다. DS3984는 최대 4개 채널을 지원하고, DS3988은 최대 8개 채널을 지원한다. 이 컨트롤러들은 푸시 풀 구동 아키텍처를 이용해 DC 전원 전압을 CCFL 램프 구동에 필요한 고전압 AC 파형으로 변환한다. 이 애플리케이션 노트에서는 채널 당 하나 이상의 CCFL 램프를 구동하는 방법에 대해 설명한다.

다중 램프 구동 기법

추가적인 지원 회로를 이용해서 DS3984 및 DS3988의 각 채널이 하나 이상의 CCFL을 구동할 수 있다. 그림 1은 채널 당 4램프 구동 구성이다. 이 구성은 필요에 따라 채널 당 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 램프를 지원하도록 수정할 수 있다.

그림 1. 채널 당 4램프 애플리케이션 예
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그림 1. 채널 당 4램프 애플리케이션 예

램프 전류 모니터

DS3984/DS3988 CCFL 컨트롤러는 채널 당 단일 램프 전류 모니터(LCM) 입력이 있다. 다중 램프를 구동하려면 램프 전류를 wired-OR 연산해서 컨트롤러의 LCM 입력으로 제공해야 한다. 직렬 소신호 다이오드가 모니터하는 램프 전류의 정확도에 미칠 수 있는 영향을 제거하기 위해, 램프 전류 피드백 저항(그림 1에서는 1000으로 설정)을 채널 당 단일 램프 애플리케이션에서 보다 높게 설정한다. 그림 1의 애플리케이션에서는 램프 전류 피드백 저항을 5.0mARMS의 공칭 램프 전류로 5.0VRMS(7.07VPEAK) 레벨을 생성하도록 선택했다. 램프 A 및 램프 B의 1000 피드백 저항에서의 전압 파형이 그림 2와 같다.

그림 2에서는 또한 단일 채널로 다중 램프를 구동함으로써 한 가지 절충이 이루어졌음을 알 수 있다. 램프 B 피드백 저항이 다른 피드백 저항보다 전압이 높고 다중 램프가 공유하는 전력 MOSFET의 듀티 사이클을 제어하므로 램프 B가 다른 램프로 제공되는 전력 양을 제어한다. 그림 2에서 보듯이 이러한 결과로 다른 램프가 목표인 5mARMS보다 낮은 전력을 제공받는다.

그림 2. 램프 피드백 저항에서의 전압 (2개 램프만 표시)
그림 2. 램프 피드백 저항에서의 전압 (2개 램프만 표시)

그림 3은 DS3984 또는 DS3988의 LCM 입력으로 이동할 때의 램프 전류 피드백 신호이다. 채널 당 단일 램프 애플리케이션과 달리 채널 당 다중 램프 애플리케이션은 LCM 입력에 AC 커플링 커패시터를 사용하지 않는다. DS3984/DS3988 컨트롤러는 LCM 입력에서 측정된 피크 신호를 바탕으로 램프 전류를 제어한다. AC 커플링 커패시터를 이용하지 않을 경우에, 피크 제어 레벨은 DC 공통 전압(1.35V)과 램프 안정화 임계값(1.0V) 또는 2.35V(공칭)를 더한 것이다. 그러므로 소자가 램프 전류를 적절한 레벨로 제어하기 위해서는 램프 전류 피드백 저항이 발생시키는 피크 전압 레벨을 LCM 입력에서 2.35VPEAK의 목표 값으로 감쇠해야 한다. 예를 들어 그림 1에서 1000 램프 전류 피드백 저항이 7.07VPEAK 신호를 생성하는데, 이를 LCM 입력에 도달하기 전에 2.35VPEAK로 감쇠해야 한다.

신호가 소신호 다이오드를 통과할 때 약 500mV의 진폭 손실이 발생한다. 나머지 감쇠는 저항 분배기를 이용해 이루어진다. 그림 1의 예에서는 8.2k 및 5.1k 저항으로 저항 분배기가 구성되었다. LCM 핀의 내부 50k 입력 임피던스가 약간의 감쇠를 발생시킨다. 내부 50k 임피던스가 유효 션트 저항을 5.1k에서 4630으로 감소시킴으로써 감쇠를 증가시킨다.

그림 3. 램프 전류 피드백 신호 경로
그림 3. 램프 전류 피드백 신호 경로

과전압 검출

채널 당 단일 램프 애플리케이션과 마찬가지로 커패시터 분할기를 통해서 각 트랜스포머가 생성한 높은 전압이 검출된다. 그림 1의 예에서는 이차 트랜스포머 고전압 사이드의 10pF(3kV) 및 1nF 직렬 쌍에 의해 이 분할기가 구성된다. 다중 램프 애플리케이션에서는 커패시터 분할기가 wired-OR되어서 OVD 입력으로 라우팅된다. 소신호 다이오드 시리즈가 램프 전압의 정확도에 미치는 영향을 제거하기 위해, 커패시터 분할기를 채널 당 단일 램프 애플리케이션보다 낮게 설정한다. 그림 1에서는 커패시터 분할기가 1:101(10pF/1010pF)으로 설정된다. 커패시터 분할기에 DC 레퍼런스가 이용되지 않으므로 DC 레퍼런스 레벨을 제공하기 위해 로우사이드 커패시터에 저항(그림 1에서는 10k)을 추가한다. 램프 주파수에서의 로우사이드 커패시터의 임피던스에 대한 이 저항의 상대적 크기에 따라서 유효 분할기 비율이 달라질 수 있다. 그림 1에서는 애플리케이션이 68kHz의 램프 주파수로 동작하도록 설정되어, 1nF 커패시터의 임피던스가 약 2.3k이다. 여기에 병렬로 10k 저항을 추가하면 임피던스가 1896으로 감소하여, 유효 분할기가 1:101에서 1:124로 변화한다. 그림 4에서 보듯이 커패시터 분할기 전압이 약 7.2VRMS이므로 램프 동작 전압이 약 893VRMS이다. 그림 4의 파형이 소량의 네거티브 DC 오프셋을 포함하는 것을 알 수 있다. 10k 션트 저항 값을 변경하면 이 DC 오프셋의 양이 변화한다. 션트 저항이 크면 DC 오프셋이 커지고, 이 값이 작아지면 오프셋이 감소한다. 물론 션트 저항 값을 변경하는 것이 분할기 비율에 영향을 미친다.

그림 4는 DS3984 또는 DS3988의 OVD 입력으로 이동할 때의 과전압 피드백 신호이다. 이 신호가 소신호 다이오드를 통과할 때 약 500mV의 진폭을 소실한다. 나머지 감쇠는 저항 분배기를 이용해 이루어진다. 그림 1의 예에서는 33k 및 5.1k 저항으로 저항 분배기가 구성된다. OVD 핀의 내부 50k 입력 임피던스가 약간의 감쇠를 발생시킨다. 내부 50k 임피던스가 유효 션트 저항을 5.1k에서 4630으로 감소시킴으로써 감쇠를 증가시킨다.

그림 4. 커패시터 분할기 전압 및 OVD 신호 경로
그림 4. 커패시터 분할기 전압 및 OVD 신호 경로

스트라이크 실패 및 개방 램프 검출

램프 전류를 wired-OR해서 컨트롤러가 특정 동작 지점에서 최대의 전류로 램프 전류를 조정할 수 있다. 이러한 동작으로 어떤 램프도 정격보다 높은 전류로 구동되지 않도록 함으로써, 최대의 램프 밝기와 램프 수명을 보장할 수 있다.

모든 램프가 스트라이크하도록 하고 정상 동작일 때 어떤 램프가 결함을 일으키는지 검출하기 위해서는, 램프가 켜지지 않았을 때 LCM 입력을 풀다운하기 위해 추가적인 회로가 필요하다. 이를 위해 LM339 쿼드 비교기를 이용할 수 있다. 각 비교기가 하나의 램프에 지정된다. 4개 램프 모두 켜지면 램프 전류 피드백 저항의 포지티브 전압 스윙이 피크 검출기(다이오드, 470pF 커패시터, 330k 저항으로 구성)를 5V 레퍼런스 이상으로 충전한다. 또한 4개 비교기의 개방 컬렉터 출력(wired-OR됨)이 턴오프되어서 램프 전류 신호가 LCM 핀으로 제공되도록 한다. 하나 이상의 램프가 켜지지 않으면 해당 램프로 지정된 비교기가 LCM 핀을 로우로 풀링해서 DS3984/DS3988에 램프가 켜지지 않았다는 것을 알려준다.

그림 5는 비교기 입력에 나타난 피크 검출 신호이다. 그림 6, 그림 7, 그림 8은 정상 및 비정상 스트라이크 이벤트와 램프가 개방 회로가 되었을 때 발생하는 것을 보여준다.

그림 5. 피크 검출 신호
그림 5. 피크 검출 신호

그림 6. 정상적인 램프 스트라이크
그림 6. 정상적인 램프 스트라이크

그림 7. 램프 A가 접속이 끊어졌을 때의 램프 스트라이크 시도
그림 7. 램프 A가 접속이 끊어졌을 때의 램프 스트라이크 시도

그림 8. 정상 동작일 때 램프 A가 접속이 끊어진 상태
그림 8. 정상 동작일 때 램프 A가 접속이 끊어진 상태


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추가 정보  APP 3615: Aug 18, 2006
DS3984 4채널 CCFL 컨트롤러 전체 데이터 시트
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DS3988 8채널 CCFL 컨트롤러 전체 데이터 시트
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