PDP 구동용 통합 다중 칩 모듈

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글 : 연재을, 김차광, 김성남, 최동찬 / 페어차일드코리아www.fairchildsemi.co.krPDP 패널은 유전체로 도포된 스캔(scan: Y) 전극과 공통(common: X) 전극으로 구성되므로 간단히 커패시턴스 부하로 등가화 된다. 이는 고압의 고주파 서스테인 펄스전압이 아무런 에너지 회수회로(energy recovery circuit) 없이 그대로 이들 전극에 인가되면 각 사이클마다 충전 또는 방전 순간 과도한 변위전류(displacement current)를 발생시켜 상당량의 에너지 손실이 불가피해짐을 의미한다. 더욱이 서지성의 충, 방전 전류는 더 높은 전류정격의 구동 스위치 사용을 요구하며 EMI 노이즈 발생을 증가시키는 요인으로 작용하게 되므로 PDP 구동회로에서는 에너지 회수회로가 필수적으로 요구된다.PDP에서 가장 보편적으로 적용되는 서스테인 회로는 웨버(Weber) 회로(그림 1)이다. 이 회로는 대형 사이즈의 패널에서도 높은 효율을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 회로구현이 비교적 쉽기 때문에 다양한 구동방식에 폭넓게 적용되고 있다. 그림 1에서 보여주는 바와 같이 이 회로의 서스테인 회로에 위치한 두 개의 IGBT 전형적인 하프 브리지 형태를 취하고 있으며 에너지 회수 회로의 두 개의 IGBT는 각각 블로킹 FRD(fast recovery diode)와 함께 패스 스위치 형태를 취한다.PDP-SPMTM 모듈PDP-SPM 모듈은 고 전류 구동능력을 갖춘 HVIC(high voltage integrated circuit), 버퍼 IC 및 고속 IGBT를 포함하며 웨버방식의 PDP 구동회로의 서스테인 및 에너지 회수회로를 간단히 구성할 수 있도록 최적화된 제품이다. 고속의 내장 HVIC는 광학적 커플링 회로 없이도 브리지 구조의 IGBT 회로를 구동시킬 수 있으며 저전압 보호기능을 통해 시스템 신뢰도를 향상시켰다. 또한 버퍼 IC가 추가되어 수백 암페어에 이르는 높은 펄스성 전류를 스위칭하는 IGBT가 턴온 시점에서 완전히 도통될 수 있도록 해준다.PDP-SPM의 주요특징은 다음과 같다.- 병렬 FRD를 갖춘 고속 300V IGBT 사용- 내장 HVIC 방식에 의한 단 전원 게이트 구동회로- 충분한 IGBT 전류 구동 능력- IMS 기판 채용으로 누설 전류의 최소화- 1500Vrms/min의 절연내력- 200kHz이상의 스위칭 주파수PDP-SPM의 외형 및 회로구성그림 2는 DIP(dual inline package) 형태의 PDP-SPM 모듈의 외형을 보여주며 그림 3은 PDP-SPM 모듈 FVP180 30M3LSG1 및 FVP12030M3LEG1의 내부 회로도를 보여준다. FVP18030M3LSG1는 브릿지 구조의 서스테인 회로용으로 내부 FRD는 IGBT에 병렬로 연결되어 있는 반면 FVP12030M3LEG1는 에너지 회수회로 용으로 내부 FRD는 IGBT와 직렬로 연결되어 있다. PDP의 서스테인 회로는 패널 양쪽에 걸쳐 풀 브리지 인버터를 취하기 때문에 그림 3(a)에서 보여주는 바와 같이 서스테인용 PDP SPM에는 환류용 FRD가 삽입되었다. 반면 에너지 회수 회로부용 PDP SPM은 4상한 동작을 하는 패스스위치의 역할을 담당해야 하므로 그림 3(b) 에서와 같이 블로킹 FRD 직렬로 연결된 구조를 취한다.기능 설명패널의 크기에 비례하여 PDP 패널의 캐패시턴스 값 역시 커지기 때문에 대형 사이즈 패널에는 과도한 순시 변위전류 및 방전 전류가 필연적 발생된다. 50 인치 Full HD PDP의 경우, 전백색(full white) 패턴의 최대 방전 전류 값은 거의 350A에 이르기도 한다. 게다가 방전전류는 매우 짧은 시간 동안만 지속되기 때문에 스위칭 소자의 고 전류 및 고속 구동 성능은 필수적이다. 고해상도 PDP 패널의 경우 패널 사이즈가 커지면 커질수록 더 높은 스위칭 주파수를 요구하게 되는데 그 이유는 제한된 TV 필드 내에서 디스플레이 되는 이미지의 고해상도를 확보하기 위해 어드레스 전극이 증가하게 되고 따라서 더 많은 어드레싱(addressing) 시간이 필요해지기 때문이다. 비록 현재의 50인치 Full HD PDP의 스위칭 주파수가 통상적으로는 약 200kHz이지만, 60인치, 70인치 또는 100인치와 같이 규격이 더 큰 차세대의 고해상도 PDP의 주파수는 증가될 것이다.이러한 대형 PDP의 고속 동작을 보장하기 위해 고속 IGBT와 5A의 고전류 게이트 구동회로가 채용되었다.패키지 구조패키지의 열 방출 특성은 전력 모듈의 전류 구동능력을 제한하는 중요한 요인이기 때문에 성능에 있어 결정적인 요소로 작용한다. 열 방출 능력과 절연 특성 사이에는 서로 상충되는 관계가 있다. 양호한 패키지의 핵심은 절연 등급을 손상시키지 않으면서도 뛰어난 열 방출 특성을 구현하는 것이다. PDP SPM에는 그림 4에서 보여주는 IMS(Insulated Metal Substrate) 기판 플레이트가 적용되어 열 방출 성능을 강화시킴과 동시에 1500Vrms/min의 높은 절연내력을 확보할 수 있다. 또한 IC 컴포넌트들이 IMC가 아닌 리드 프레임에 배치되어 있기 때문에 전력 스위칭 소자들의 방열로부터 받는 영향을 최소화 할 수 있기 때문에 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.실험 결과50인치 Full HD PDP의 Weber 회로에 적용된 PDP SPM의 어플리케이션 일례가 그림 5에 예시되어 있으며 실제 PDP SPM이 적용된 50인치 Full HD PDP 세트가 그림 6에 예시되어 있다. Weber 회로를 사용해 PDP 구동 시스템을 구성하기 위해서는 그림 5에 예시된 바와 같이 서스테인 부에 FVP18030IM3LSG1 2개, 에너지 회수 부에 FVP12030 IM3LEG1 2개가 각각 필요하다. PDP SPM은 PDP 구동 시스템의 병렬 공진 회로는 물론 Weber 회로와 같은 직렬 공진 회로에 적용될 수 있다.그림 7은 그림 5의 어플리케이션 회로가 적용되었을 경우, 주요 서스테인 구간동안 PDP의 전압 및 전류 파형을 보여준다. 여기서 위쪽에 있는 파형은 서스테인 공통 전극에 인가된 게이팅 펄스 파형이며 아래의 파형은 50 그레이 패턴이 적용되었을 경우, IGBT의 전류 파형이다. 스위칭 주파수가 200kHz이고 각 IGBT의 피크 전류값은 서스테인 IGBT 가 250A이고 에너지 회수부가 95A이다. 서스테인 IGBT의 최고 방전 전류는 전 백색 패턴이 적용될 때 350A로 정도로 증가된다.결론PDP-SPM 모듈은 PDP 구동 회로에 최적화 된 다중 칩 모듈로써 PDP 서스테인 회로 구성의 편의성을 제공함 아울러 시스템 성능과 신뢰도 향상에 기여할 수 있다. 또한 다수의 칩들이 하나의 패키지에 내장되어 있기 때문에 제조 단가의 절감도기대할 수 있다.

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김의겸 (webmaster@techworld.co.kr)

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