KR0137219B1 - 형광등용 전자스타터 - Google Patents

형광등용 전자스타터

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KR0137219B1
KR0137219B1 KR1019940023138A KR19940023138A KR0137219B1 KR 0137219 B1 KR0137219 B1 KR 0137219B1 KR 1019940023138 A KR1019940023138 A KR 1019940023138A KR 19940023138 A KR19940023138 A KR 19940023138A KR 0137219 B1 KR0137219 B1 KR 0137219B1
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Abstract

본 발명은 형광등용 전자스타터에 관한 것으로 특히 MOS-FET(Q3)의 특성을 이용한 반도체 스위치(100)에 교류전원전압(Vs)이 (+)주기 저압일 때는 제1반도체 스위치 구동부(30)를 통해 게이트단에 트리거전압을 인가하므로서 드레인-소오스간 전류전원흐름을 원활히 공급하여 필라멘트(F2)(F2)를 충분히 예열시키고, 교류전원 전압(Vs)이 (-)주기전압일 때에는 제2반도체 스위치 구동부(40)를 동작시켜 일정시간 필라멘트(F2)(F2)를 충분히 예열시키고, 교류전원전압(VS)(-)주기 전압일 때는 제2반도체 스위치 구동부(40)를 동작시켜 일정시간 필라멘트(F2)(F2)의 예열을 지속하다가 차단하여 이 순간 발생하는 안정기(CH)의고압펄스(Lid/dt)와 전원전압(Vs)을 합하여 형광등(100)을 순간 점등시킬 수 있게 한 것이다.

Description

형광등용 전자스타터
제1도는 종래의 글로우스타터 점등방식을 이용한 형광등의 회로도.
제2도는 본 발명의 전자스타터 점등방식을 이용한 형광등의 회로도.
제3도(a)는 본 발명의 전원전압(Vs)를 보인 파형도.
제3도(b)는 본 발명의 형광등 점등시동시 형광등에 걸리는 전압(VL)을 보인 파형도.
제3도(c)는 본 발명의 형광등 점등시동시 필라멘트에 흐르는 예열전류(iL)에 대한 퍄형도.
제3도(e)는 본 발명의 형광등 점등 후 형광등에 걸리는 전압(VL')를 보인 파형도.
제3도(f)는 본 발명의 MOS-FET의 동작을 설명하기 위한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10:반도체 스위치20:제1스위치 트리거 전압제공부
30:제1반도체 스위치 구동부40:제2반도체 스위치 구동부
F2,F2:필라멘트CH:안정기
D1D2:다이오드D3,D4:제너 다이오드
D5:스냅 다이오드R1-R10:저항
C1,C2,C3:콘덴서Q1,Q2:트랜지스터
Q3:MOS-FETVS:교류전원전압
VL:형광등 양단전압V'L:점등 후 형광등 양단전압
IL:필라멘트 예열전류ID:MOS-FET의 드레인전류
IDSS:VGS=0일 때 드레인전류VGS:게이트-소오스간 전압
VGS(OFF):게이트-소오스가 차단전압
본 발명은 형광등용 전자스타터에 관한 것으로 특히 형광등을 순간 점등시킬 수 있게 한 전자스타터에 관한 것이다.
제1도는 글로우 스타터 점등방식을 이용한 형광등의 회로도이다.
종래의 글로우 스타터(a)를 이용한 점등방식은 글로우 방전이 상당시간 지속되어야 하기 때문에 시동성능이 좋지 않으며 이로 인하여 형광등(b)에 흑화현상이 유발되는 문제점이 있었다.
또한 저전압이 인가되는 경우에는 점등시간이 현저히 늦어지거나 부점등되게 될 뿐만 아니라 점등시 스파크 노이즈가 발생하여 가전기기 및 통신기기에 악영향을 미치게 되는 문제점이 있었다.
또한 형광등(b)이 검게되는 흑화현상이 심화되게 되면 형광등(b)의 양단이 깜빡거리는 프레커 현상이 지속되어 안정기(CH) 및 스타터(a)가 과열되게 되고 이로 인하여 안정기(c)의 수명단축은 물론 화재가 발생될 염려가 있었다.
본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 전력용 반도체 소자 MOS-FET를 포함하는 반도체 스위치를 이용하여 형광등을 순간 점등시킬 수 있게 함으로서 흑화현상의 발생을 방지하여 형광등의 수명을 증대시킬 수 있게 하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저전압이 인가되는 경우에도 점등될 수 있는 형광등용 전자스타터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 지속적인 프레커 현상발생 시 반도체 스위치가 자동으로 오프되어 안정기가 과열되는 것을 방지할 수 있게 한 전자스타터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 있어서 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 안정기와 필라멘트를 경유하여 부여되는 교류전압이 (+)전압일 때 온되는 반도체 스위치부와, 상기 반도체 스위치부의 드레인-소오스간 전류의 흐름을 원활히 하는 제1반도체 스위치 구동부와, 상기 제1반도체 스위치 구동부가 구동될 수 있게 트리거 전압을 제공하는 제1스위치 트리거 전압제공부와, 교류전압이 (-)전압일 때 상기 반도체 스위치의 게이트단에 (-)트리거 전압을 제공하여 오프시키는 제2반도체 스위치 구동부를 포함하는 형광등용 전자스타터가 제공되어 진다.
이하 본 발명의 바람직한 실시에를 첨부도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명의 전자스터트 점등방식을 이용한 형광등의 회로도로서, 안정기(CH)와 필라멘트(F2)를 경유하여 부여되는 교류전압이 (+)전압일 때 온되는 반도체 스위치부(10)와, 상기 반도체 스위치부(10)의 드레인-소오스간 전류의 흐름을 원활히 하는 제1반도체 스위치 구동부(30)와, 상기 제1반도체 스위치 구동부(30)가 구동될 수 있게 트리거 전압을 제공하는 제1스위치 트리거 전압 제공부(20)와, 교류전압이 (-)전압일 때 상기 반도체 스위치(10)의 게이트단에 (-)트리거 전압을 제공하여 오프시키는 제2반도체 스위치 구동부(40)로 구성된 것이다.
상기 반도체 스위치부(10)는 전원전압인가시 (+)반파정류하는 다이오드(D2)와, 상기 다이오드(D2)의 캐소우드가 드레인 단자에 연결된 MOS-FET(Q3)로 이루어져 있으며, 상기 제1스위치 트리거 전압제공부(20)는 제1반도체 스위치 구동부(30)를 동작시켜 주는 스냅다이오드(D5)와, 상기 스냅 다이오드(D5)의 에노드 및 반도체 스위치(10)의 소오스단에 (+)단자가 연결된 전해 콘덴서(C2)와, 상기 전해콘덴서(C2)의 (-)단에 연결된 저항(R4)로 이루어져 있다.
또한 상기 제1반도체 스위치 구동부(30)는 제1스위치 트리거 전압 제공부(20)로 부터 트리거 전압을 제공받는 저항(R6)과, 시정수 제공소자인 콘덴서(C3)와, 상기 콘덴서(C3)에 병렬연결된 저항(R5)과, 상기 저항(R5)에 대해 분기되게 연결된 저항(R7)(R8)과, 상기 저항(R6)의 일단이 베이스에 연결된 트랜지스터(Q1)와, 상기 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 베이스가 직결되니 트랜지스터(Q2)와, 반도체 스위치(10)의 게이트에 연결된 트랜지스터(Q2)의 컬렉터와, 상기 트랜지스터(Q1)의 에미터가 전원전압(Vs)이 인가되는 저항(R9)(R10)을 거쳐 연결되는 동시에 반도체 스위치(10)의 소오스에 연결된 트랜지스터(Q2)의 에미터로 이루어진 2단 직결증폭기로 구성되어 잇다.
또한 상기 제2반도체 스위치 구동부(40)는 (-)전압시점에서 온 상태가 되어 필라멘트(F2)에 캐소우드가 연결되는 다이오드(D2)와, 상기 다이오드(D2)의 에노드가 직렬연결된 제너다이오드(D3)의 에노드와, 음전압 분배저항(R2)(B2)의 분기점에 연결된 상기 제너다이오드(D3)의 캐소우드와, 전류제한 저항(R3) 및 반도체스위치(10)의 게이트에 연결되어 트리거전압을 제공하여 주는 콘덴서(C2)와 상기 콘덴서(C1)에 병렬연결된 제너다이오드(D4)와, 상기 콘덴서(C1)와 제너 다이오드(D4)의 분기점에 연결된 저항(R1)과, 전해 콘덴서(C2)의 (-)단자에 연결된 저항(R2)와, 상기 전해콘덴서(C2)의 (+)단자에 연결된 저항(R3)로 이루어져 있다.
이와 같이 된 본 발명의 작용·효과를 제3도(a)(b)(c)(d)(e)에 의해 설명하면 다음과 같다.
제3(a)는 전원전압(Vs)의 파형도로서, 전원전압(Vs)은 110V/220V, 50Hz/60Hz로 한정되지 않아도 된다. 제3도(b)는 점등시동시 형광등(100)의 양단에 걸리는 전압(VL)을 보인 파형도이고, 제3도(c)는 점등시동시 필라멘트(F1)(F2)에 흐르는 예열전류(iL)에 대한 파형도이다. 또한 제3도(d)는 형광등(100) 점등후의 전압(VL')에 대한 파형도이고, 제3도(e) MOS-FET(Q3)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
형광등(100)을 점등시키기 위해 스위치(S/W)를 온시키게 되면 형광등(100)의 양단에 걸리는 전압(VL)은 시동초기인 T1에서 T2까지 전원전압(Vs)의 정사이클 전압파형이 그대로 나타나게 되며, T2시점에서는 다이오드(D2)가 역바이어스되어 오프상태가 되고 다이오드(D1)는 순바이어스 되어 온상태가 된다.
이에 따라 MOS-FET(Q3)의 드레인쪽에 (+), 소오스쪽에는 (-)가 인가되어 반도체 스위치(10)는 턴온상태가 되며 저항(R10)을 통해 필라멘트(F1)(F2)가 예열되게 된다.
그러나 드레인-소오스에 흐르는 전류는 게이트-소오스간 전압(VGS)값이 0인 상태이므로 필라멘트(F1)(F2)를 충분하게 예열시킬 만한 전류의 량은 아니다. 이렇게 반도체 스위치(10)을 거친 전류 중 일부는 저항(R10)을 통해 필라멘트(F1)(F2)를 예열하고, 나머지 전류는 제1스위치 트리거전압 제공부(20)의 전해콘덴서(C2)에서 반파정류된 (+)전압이 배압정류되어 충전되어 스냅다이오드(D5)를 도통시키고 저항(R4)를 통하여 방전된다. 이 때 전해콘덴서(C2)는 부분방전을 하며 형광등(100)이 점등될 때까지 계속하여 충전을 시도한다.
스냅다이오드(D5)를 통해 제1반도체 구동부(30)에 제공된 트리거 전압은 전류제한저항(R6)을 통해 트랜지스터(Q1)의 베이스로 제공되며, 이 때 제1반도체 스위치 구동부(30) 동작시 시정수를 설정하여 주는 타이밍콘덴서(C3)와 저항(R5)값의 설정에 따라 트랜지스터(Q1)의 베이스가 순바이어스되는데 베이스와 에미터간 전압이 문턱전압 이상되면 트랜지스터(Q1)는 온상태가 되며 컬렉터 전류가 흐르고, 컬렉터 전류가 점차 증가하면 저항(R7)에 컬렉터 전압 대부분이 걸리며 트랜지스터(Q1)는 오프상태가 된다.
이 때 트랜지스터(Q1)가 오프되면서 컬렉터와 에미터간 전압과 저항(R9)에 걸리는 전압이 트랜지스터(Q2)의 베이스를 바이어스시키며 트랜지스터(Q2)가 온상태가 된다. 트랜지스터(Q2)가 온상태가 되면 트랜지스터(Q2)의 컬렉터 전류가 흐르게 되고, 컬렉터 전류가 점점 증가하면 컬렉터와 에미터간 전압이 포화되면 저항(R8)에 대부분의 전압이 인가되며 컬렉터 전류는 차단되고 트랜지스터(Q2)는 오프상태가 된다.
이렇게 트랜지스터(Q2)가 오프되면서 컬렉터와 에미터간 전압(VCE)이 세트되어 증폭상승한다. 이는 제1반도체 스위치 구동부(30)의 중심인 2단 직렬증폭기의 특성상 주파수의 제한이 없으므로 직류전압을 증폭할 수 있다는 점에 착안하여 트랜지스터(Q1)의 베이스 바이어스전압이 2단 증폭된 트랜지스터(Q2)의 컬렉터와 에미터 사이의 전압을 반도체 스위치(10)의 게이트 단자에 인가하므로서 MOS-FET(Q3)는 제3도(e)의 설명도에서 알 수 있듯이 게이트 소오스가 전압(VGS)이 0일 때 공핍형모드에서 동작하다 게이트에 제1반도체 스위치 구동부(30)에서 (+) 트리거 전압을 제공받으므로 해서 증가형 모드로 동작하며 드레인-소오스간 채널폭을 넓히어 전류의 흐름을 증가시키고 이에 따라 예열전류는 스위치(S/W), 안정기(CH), 필라멘트(F1), 다이오드(D1), MOS-FET(Q3)의 드레인에서 소오스를 통하여 저항(R10), 필라멘트(F2)의 경로를 따라 예열전류를 충분히 공급하게 된다.
그 이유는 MOS-FET의 드레인전류(ID)가 다음공식 ID=IDSS(1-VGS/VGS(OFF))2으로 표시되기 때문이다. 필라멘트(F2) 예열되기 시작할 때 램프양단에 걸리는 전압은 0로써 전원전압(Vs)이 모두 안정기(CH)에 걸려 있는 상태이며 제3도(c)의 필라멘트 예열전류 파형도를 보면 알 수 있듯이 T2이전 상태에서의 필라멘트에 흐르는 전류는 안정기 인덕턴스 때문에 전원전압(Vs) 보다 늦게 공급되기 시작하여 게이트에 프러스 전압이 가장 높을 때를 기점으로 일정시간 최대로 하였다가 트리거 전압이 감소하여 전원전압(Vs)의 반주기가 끝나는 T3시점까지 점차로 감소한 T3를 기점으로 (-)의 반주기가 시작되는데 이 때는 (-)전원시점이므로 다이오드(D1)이 오프되고, 제1스위치 트리거 전압제공부(20)도 스냅다이오드(Q5)가 역바이어스되어 오프되며 이로 인해 제1반도체 스위치 구동부(30)도 게이트에 트리거 펄스제공을 중단하게 된다. 그러나 반도체 스위치(10)은 게이트와 소오스간 전압이(VGS)제로가 되어도 동작을 계속하므로 T3시점에서도 형광등은 점등하지 않고 계속하여 예열을 한다. 이 때 T3시점에서 T4시점까지 제2반도체 스위치 구동부(40)가 동작을 하는데 다이오드(D2)가 순바이어스되어 온되고 제너다이오드(D3)가 역바이어스되어 제너전압만큼 인가되었을 때 정전압을 유지켜 주고, 저항(R1), 저항(R2)에 음전압이 분배되며 정전압 제너다이오드(D4)가 병렬로 접속한 콘덴서(c1)에 의해 정전압이 인가될 때 반도체 스위치(10)의 게이트에 트리거 전압을 제공하여 점차로 채널폭을 감소시키기 시작한다.
제너다이오드(D4)가트리거 되고 나면 콘덴서(c1)은 완전방전된다. 이로 인해 게이트-소오스간 전압이 차단전압이 될 때까지 반도체스위치(10)의 MOS-FET(Q3)는 제3도(e)의 설명도에서 처럼 게이트-소오스간 전압(VGS)값이 (-)의 공핍형 모드에서 동작한다. 게이트-소오스간 전압(VGS)값이 차단전압(VGS(OFF))이 되면 반도체 스위치(10)이 오프되며 이로 인해 필라멘트(F1)(F2)에 흐르던 예열전류도 제3(c)의 T4시점에서 차단된다. 이 때 제3도(b)의 전압곡선에서와 같이 T4시점에서 예열전류가 차단되는 순간 T5시점까지 안정기(CH)의 쵸크코일에 의해 역기전력이 발생되며 고압펄스전압(Ldi/dt)이 발생한다.
이 고압의 펄스전압(Ldi/dt)과 전원전압(Vs)과의 합에 의하여 형광등(100)이 점등을 시도한다. 이 시점이 T4에서 T2'까지 시점이다. 상기와 같은 상태로 예열과 점등시도를 반사이클마다 되풀이하여 필라멘트(F1)(F2)가 충분히 예열될 때 형광등(100)은 점등이 되며 점등이후 형광등(100)의 양끝전압(VL')은 저하되고 필라멘트(F1)(F2) 그리고 형광등(100) 내의 형광물질을 통하여 전류가 흐르므로 본 발명이 전자스타터의모든 기능을 유지전류 이하로 떨어져 동작을 멈춘다. 제3도(d)는 형광램프 점등 후의 전압(VL')를 보인 파형도이다.
이렇게 본 발명은 고압의 펄스전압(Ldi/dt)과 전원전압(Vs)의 합에 의하여 점등되기 때문에 종래의 글로우스타터 점등방식에 비하여 순간적으로 형광등(100)의 점등이 이루어지게 되는 것으로 순간점등에 의해 형광등(100)의 수명이 연정되며 예열전류의 크기가 작고 고전압인가 시간도 짧기 때문에 점등시 소요되는 소비전력을 절감시킬 수 있는 것이다.
또한 본 발명은 형광등(100)에 흑화현상이 심화되거나 주위여건상 일정시간 점등시도 후 점등되지 않고 형광등(100)의 양단이 계속해서 깜빡거리는 프레커 현상이 지속되어 MOS-FET(Q3)가 열을 받기 시작하면 드레인-소오스간 내부저항값이 올라가고 이로 인해 드레인-소오스간 전류도 점차 감소하며, 전류의 일부는 필라멘트(F2)에서 형광물질을 통하여 필라멘트(F2)로 직접 방전하므로 일정시간이 지난 후 제1스위치 트리거 전압제공부(20)의 역할도 감소하여 제1반도체 스위치 구동부(30)의 트랜지스터(Q1) 베이스를 바이어스시킬 유지전류가 없어 자동오프되며, 이에 따라 MOS-FET(Q3) 자체도 유지전류 이하로 되어 차단되며 예열전류 및 고압펄스기능이 멈추게 됨으로서 과열을 방지하는 효과가 있는 것이다.
이와 같이 본 발명은 MOS-FET(Q3)의 특성을 이용한 반도체 스위치(10)에 교류전원전압(Vs)(+)주기 전압일 때는 제1반도체 스위치 구동부(30)를 통해 게이트단에 트리거전압을 인가하므로서 드레인-소오스간 전류전원흐름을 원활히 공급하여 필라멘트(F1)(F2)를 충분히 예열시키고, 교류전원전압(Vs)이 (-)주기 전압일 때는 제2반도체 스위치 구동부(40)를 동작시켜 일정시간 필라멘트(F1)(F2)를 충분히 예열시키고, 교류전원전압(Vs)이 (-)주기 전압일 때는 제2반도체 스위치 구동부(40)를 동작시켜 일정시간 필라멘트(F1)(F2)의 예열을 지속하다가 차단하여 이순간 발생하는 안정기(CH)의 고압펄스(Ldi/dt)와 전원전압(Vs)을 합하여 형광등(100)을 순간 점등시킬 수 있게 한 것이다.

Claims (5)

  1. 안정기(CH)와 필라멘트(F2)를 경유하여 부여되는 교류전압이 (+)전압일 때 온되는 반도체 스위치부(10)와, 상기 반도체 스위치부(10)의 드레인-소오스간 전류의 흐름을 원활히 하는 제1반도체 스위치 구동부(30)와, 상기 제1반도체 스위치 구동부(30)가 구동될 수 있게 트리거 전압을 제공하는 제1스위치 트리거 전압제공부(20)와, 교류전압이(-)전압일 때 상기 반도체 스위치(10)의 게이트단에 (-)트리거 전압을 제공하여 오프시키는 제2반도체 스위치 구동부(40)로를 포함하는 형광등용 전자스타터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 스위치부(10)는 전원전압인가시 (+)반파정류하는 다이오드(D1)와, 상기 다이오드(D1)의 캐소우드가 드레인 단자에 연결된 MOS-FET(Q3)로 구성된 것을 특징으로 하는 형광등용 전자스타터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1스위치 트리거 전압제공부(20)는 제1반도체 스위치 구동부(30)를 동작시켜 주는 스냅다이오드(D5)와, 상기 스냅다이오드(D5)의 에노드 및 반도체 스위치(10)의 소오스단에 (+)단자가 연결된 전해 콘덴서(C2)와, 상기 전해콘덴서(C2)의 (-)단에 연결된 저항(R4)로 구성된 것을 특징으로 하는 형광등용 전자스타터.
  4. 제1항에 있어서, 또한 상기 제1반도체 스위치 구동부(30)는 제1스위치 트리거 전압제공부(20)로 부터 트리거 전압을 제공받는 저항(R6)과, 시정수 제공소자인 콘덴서(C3)와, 상기 콘덴서(C3)에 병렬연결된 저항(R5)과, 상기 저항(R5)에 대해 분기되게 연결된 저항(R7)(R8)와, 상기 저항(R6)의 일단이 베이스에 연결된 트랜지스터(Q1)와, 상기 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 베이스가 직결된 트랜지스터(Q2)와, 반도체 스위치(10)의 게이트에 연결된 트랜지스터(Q2)의 컬렉터와, 상기 트랜지스터(Q1)의 에미터가 전원전압(Vs)이 인가되는 저항(R9)(R10)을 거쳐 연결되는 동시에 반도체 스위치(10)의 소오스에 연결된 트랜지스터(Q2)의 에미터로 이루어진 2단 직결증폭기로 구성된 것을 특징으로 하는 형광등용 전자스타터.
  5. 제1항에 있어서, 제2반도체 스위치 구동부(40)는 (-)전압시점에서 온상태가 되어 필라멘트(F2)에 캐소우드가 연결되는 다이오드(D2)와, 상기 다이오드(D2)의 에노드가 직렬연결된 제너다이오드(D3)의 에노드와, 음전압 분배저항(R1)(R2)의 분기점에 연결된 상기 제너다이오드(D3)의 캐소우드와, 전류제한저항(R3) 및 반도체스위치(10)의 게이트에 연결되어 트리거전압을 제공하여 주는 콘덴서(C1)와, 상기 콘덴서(C1)에 병렬연결된 제어다이오드(D4)와, 상기 콘덴서(C1)와 제너다이오드(D4)의 분기점에 연결된 저항(R1)과, 전해 콘덴서(C2)이 (-)단자에 연결된 저항(R2)와, 상기 전해콘덴서(C2)의 (+)단자에 연결된 저항(R3)로 구성된 것을 특징으로 하는 형광등용 전자스타터.
KR1019940023138A 1994-09-14 1994-09-14 형광등용 전자스타터 KR0137219B1 (ko)

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