Recently, since a plasma display panel (PDP) has advantages such as the wide viewing angle, long lifetime, light weight, thin thickness, high contrast and easiness of large size, it is widely spread with more and more attention to the large area wall-hanging display.
Since a PDP is composed of sustaining (X) and scanning (Y) electrodes covered with a dielectric layer, there is an intrinsic capacitance $C_p$ between two electrodes so that it can be equivalently regarded as a capacitance load $C_p$. Therefore, when a high ac square sustaining voltage $V_s$ is applied between the sustaining (X) and scanning (Y) electrodes to emit visible light, a large amount of energy of $2C_p V_s^2$ during charging and discharging transitions per each cycle is dissipated in the parasitic resistance of the circuit and wire. Furthermore, an excessive surge current during these transitions increases the current rating of switches, and causes EMI and thermal problems.
In this dissertation, to overcome these problems, several new high-performance energy-recovery sustaining drivers for the PDP are proposed.
First, a new high-performance series-resonance energy-recovery circuit (ERC) for the PDP is proposed. Two different ERCs are used for both sides of the PDP, and the slow discharging and fast charging transitions are employed. The ERC-X using an LC resonance biased by $0.5V_s$ discharges the PDP slowly to zero. The slow discharging transition makes the current stress on the ERC-X lower than that on the ERC-Y and the PDP discharged to zero without a severe hard switching. The ERC-Y using an LC resonance biased by $V_s$ charges the PDP quickly to $V_s$. Thus, the PDP is fully charged to $V_s$. Furthermore, there is no severe voltage notch due to the gas-discharge current compensation.
Secondly, a new high-performance energy-recovery sustaining driver employing an asymmetric current injection method (CIM) for the PDP is proposed. The ERC-X discharges the PDP slowly to zero and the ERC-Y charges the PDP quickly to $V_s$. The slow discharging transition makes the current stress on ERC-X lower than that on ERC-Y. Since the inductor currents are built up before the PDP is charged and discharged, the PDP is fully charged and discharged, and all main switches are turned on under zero voltage switching (ZVS) condition. Furthermore, there is no voltage notch and the current stress on main switches can be reduced due to the gas-discharge current compensation.
Thirdly, a new high-performance ERC employing an asymmetric CIM for the PDP is proposed. Two ERCs composed of a single switch and different resonant inductors are used for both sides of the PDP with slow discharging and fast charging transitions employed, which results in stable light emission, lower current stress on ERC-Y, and low production cost. Since the inductor currents are built up before the PDP is charged and discharged, it features the fully charged/discharged PDP, ZVS of main switches, and reduced EMI noise. Furthermore, there is no voltage notch and the current stress on main switches can be reduced due to the gas-discharge current compensation.
Finally, a high-performance cost-effective ERC for the PDP is proposed. Two auxiliary switches and six diodes for energy recovery can reduce the production cost compared with four auxiliary switches and eight diodes in the Weber circuit. Due to already built-up inductor currents, the PDP is quickly charged/discharged to $V_s$ or $-V_s$ without hard switching and ZVS of main switches is achieved. Moreover, due to the gas-discharge current compensation, there is no severe voltage notch, and the current stress of main switches can be reduced effectively.
Therefore, the proposed circuits in this dissertation feature high energy-recovery capability and are expected to be suitable for the PDP.
PDP (Plasma Display Panel)는 대화면이 용이하고, 자기장에 영향을 받지 않으며 광시야각, 박형, 경량, 고화질 등의 장점을 고루 갖추고 있어, 평판 디스플레이 시장에서 크게 주목을 받고 있다. PDP는 등가적으로 용량성 부하로 여겨질 수 있다. 따라서, PDP를 구동하기 위해 높은 전압의 교류형 구형파를 PDP 양단에 인가하면, 높은 에너지 손실이 야기되고, 이로 인해 발열문제가 심각해진다. 또한, 큰 서지성 전류로 인해 심각한 전자파장애 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 용량성 부하인 PDP로부터 에너지를 회수하거나 투입할 수 있는 에너지 회수 회로가 반드시 필요하다. 지금까지 다양한 에너지 회수 회로들이 제안되었지만, 그 중 현재 대부분의 국내외 PDP 제조업자가 채용하고 있는 회로는 Weber에 의해 제안된 반주기 공진형 에너지 회수로써, 동일한 구조의 반주기 공진형 회로가 PDP양단에 각각 하나씩 사용된다. 하지만, Weber 회로도 공진 경로 내에 존재하는 기생 성분 때문에 PDP로부터 완전히 에너지를 회수하거나 투입하지는 못한다는 단점을 갖고 있다. PDP는 에너지가 투입될 때 가스방전을 일으키지만 에너지 회수될 때는 가스방전을 일으키지 않는다. 그러므로, PDP양단에 큰 전압이 빠른 시간 안에 인가되면 가스방전특성이 좋아지지만, PDP의 방전은 가스방전특성에 영향을 미치지 않으므로, PDP 방전 시간은 그다지 중요하지 않다. 그러나, 기존 Weber 회로는 PDP 양단의 각 반주기 공진 회로가 모두 에너지 회수 및 투입 역할을 담당하여, 에너지 투입 및 회수 시간, 즉 PDP 방전 및 충전 시간이 동일하다. 따라서, 불필요하게 PDP 양단에 사용되는 에너지 회수 회로의 전류 내압이 동일하다는 단점 또한 지닌다. 이러한 Weber회로의 문제점을 해결할 수 있는 PDP 구동 회로가 본 논문에서 제안된다.
제안된 PDP 구동회로는 크게 에너지 회수 회로의 인덕터 전류 초기치가 영인 순수 공진형태와 PDP 충 방전 전에 미리 에너지 회수 회로의 인덕터 전류를 증가시켜 전류 초기치를 갖는 상태에서 공진시키는 형태로 나뉘어진다. 또한, 전류 초기치를 갖는 공진형 에너지 회수 회로는 PDP 양단 전압이 2 레벨인 회로와 3 레벨인 회로로 나뉘어진다. 제안된 순수 공진형 에너지 회수 회로는 3 레벨로 동작한다. 전류 초기치를 갖는 공진형의 경우, 미리 증가된 인덕터 전류가 PDP가 하드스위칭 없이 완전히 충 방전될 수 있도록 도울 뿐만 아니라, PDP내의 각 셀들의 불균일성 등에 의해 나타나는 전압 노치 현상도 보상한다. 순수 공진형의 경우, PDP 충전을 담당하는 부분에는 1/4 주기 공진 회로를 사용하여 전압 노치 현상이 없고 빠른 시간 안에 하드스위칭 없이 PDP가 충전되도록 하였으며, PDP 방전을 담당하는 부분에는 반주기 공진 회로를 사용하여 도통 손실을 최소화 하였고 느린 방전 시간을 적용하여 하드스위칭 양을 최소화 하였다. 또한, 제안된 3 레벨 에너지 회수 회로는 PDP 양단에 사용되는 에너지 회수 회로가 각각 PDP 방전 또는 충전만을 담당하도록 해서 충전시간은 빠르게 하여 가스방전 특성을 개선하였고, 방전시간은 주어진 스위칭 주파수에서 최대한 느리게 해서 방전을 담당하는 에너지 회수 회로의 전류 스트레스가 충전을 담당하는 에너지 회수 회로의 전류 스트레스보다 낮아지도록 하였다. 2 레벨 에너지 회수 회로는 2개의 보조 스위치와 6개의 다이오드를 에너지 회수에 사용하여 4개의 보조 스위치와 8개의 다이오드를 사용하는 Weber 회로에 비해 제작 비용이 저감된다는 장점을 갖는다.
끝으로, 제안된 회로들은 시작품을 제작하여 42인치 PDP와 6인치 테스트 PDP를 통해 그 타당성을 검증하였다.
