VFD 드라이버 - VFD용 전원회로 제작

타오바오에서 VFD 디스플레이를 많이 구매한 김에 드라이버를 제작해 보기로 했습니다. 

 

LCD라던가 LED 매트릭스라던가 디지털 구동만 하는 물건을 쓰다가

아날로그 구동을 하는 물건을 쓰려 하니 어려운 부분이 많더군요. 

이론은 아래 링크를 참조했습니다. 

https://www.noritake-elec.com/technology/general-technical-information/vfd-operation

A Guide to Fundamental VFD Operation - NORITAKE U.S.A., INC. Electronics Division

 

 

https://www.youtube.com/watch?v=gZIRPJt69sM

 

그리드와 애노드를 이용하면 가로세로로 전기를 넣어 매트릭스 구조로 불을 밝힐 수 있습니다.

여태 써왔던 LED 매트릭스와 다를 게 없지만 쓰이는 전기가 단순히 5V레벨로 가능한 게 아니었습니다. 

애노드와 그리드는 20V 전후의 직류전압이 필요하고, 필라멘트는 2~3V 정도의 교류전압이 필요합니다. 

 

 

 

 

 

 

 

그리드와 애노드는 일단 미뤄놓고, 필라멘트부터 보겠습니다. 

단순히 2~3V를 필라멘트 양단에 걸면 일단 전자가 나오긴 하고 그리드를 지나 애노드에 닿아 빛이 나죠. 

그런데 위와 같이 양쪽의 전압차로 인한 불균형으로 휘도가 달라지는 문제가 생깁니다. 

 

 

그래서 교류를 만들어서 걸어야 합니다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

이론은 그렇다 치고, 문제는 AC 전원을 어떻게 만들어야 하는지 모르겠다는 것이었습니다. 

한참의 시간과, ChatGPT의 도움과, 오픈소스 회로도의 도움을 얻어 몇 가지 힌트를 얻었습니다. 

일단 논리 게이트 중 7404 인버터 게이트를 이용해서 PWM 신호를 얻습니다. 

그리고 이걸 h 브릿지 회로 또는 DC모터 드라이버에 입력해서 출력을 얻어내면 됩니다. 

 

 

 

다만 이 회로는 AC주파수 조정이 어렵더군요. 

그리고 캐패시터와 저항 등 값이 뭔가 맞지 않으면 결과가 이상하게 나옵니다. 

 

 

몇가지 테스트후 이건 포기하고 555타이머를 써서 출력을 얻기로 했습니다. 

https://visual555.tardate.com/ 

온라인 555타이머 시뮬레이터를 사용하면 간단하게 어떤 부품을 쓰면 어떤 출력이 나오는지 알 수 있습니다. 
astable / monostable 모드의 차이 등은 GPT에게 물어보니 자세히 가르쳐 주더군요. 

다만 일반적인 555 타이머는 저전압 구동이 어려울 수 있어 TLC555 타이머를 사용했습니다. 

TLC555는 1.8v부터 사용이 가능한 555타이머 칩입니다. 

 

 

 

 

 

회로는 위와 같습니다.  PWM 신호를 모터 드라이버로 입력할 때 n-mosfet을 통해 신호를 서로 반전되게 들어가게 합니다. 

그러면 OUTA, OUTB에서 번갈아가며 LOW / HIGH 가 나오며 AC 출력이 생성되는 구조입니다. 

 

출력은 아주 깔끔합니다.

주파수만 조정하면 되는데 555 시뮬레이터에서 계산된 거의 그대로 나오니 캐패시터만 살짝 조정하면 될 것 같습니다. 

 

 

이제 그리드와 애노드용 전압을 생성합니다. 

남들이 만들어 놓은 회로도를 보다 보니 주로 음전압을 많이 쓰더군요. 

옛날엔 소자 문제로 음전압 생성이 더 쉬워서 VFD용 전압을 음전압을 많이 썼지만 최근에는 필요 없다고 합니다. 

그런데 왜 최근 회로들도 음전압을 생성했을까 하고 알아보니 또 복잡한 문제가 있었습니다. 

그리드와 애노드의 전압보다 필라멘트의 AC전압이 더 높은 준위에 있어야 안정적으로 전자 흐름이 이어진다는군요. 

이를 위해 바이어스 전압(?) 이라는 게 필요해서 음전압을 쓴다는 거였습니다. 

솔직히 이해가 쉽지는 않았습니다만 일단 만들어진 회로를 이용해서 따라해 봅니다. 

 

 

 

 

MC34063A를 이용해 -24V의 음전압을 생성하고,

이를 필라멘트 회로와 연결해 필라멘트 전압이 상대적으로 고준위에 있게 합니다. 

 

 

 

 

 

음전압은 잘 나옵니다. 이제 다음번에는 VFD에 불을 밝혀봐야 겠군요

어떤 회로에서는 필라멘트가 더 저준위에 있어야 한다고도 하는데.. 제가 뭘 잘못 이해한건지 모르겠습니다.