KR0137705Y1 - 전자식 안정기의 소프트스타트회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전자식 안정기의 소프트 스타트 회로(soft start circuit)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원공급 개시시에 전자식 안정기의 출력신호의 듀티 사이클(duty cycle)을 조절할 수 있는 전자식 안정기의 소프트 스타트회로에 관한 것이다. 이 회로는 발진회로를 포함한 전자식 안정기에 있어서, 상기 발진회로의 듀티 사이클을 조절하는 소프트 스타트부를 포함하여, 점등 개시시 상기 발진회로의 듀티 사이클이 점차적으로 증가되어, 소정시간 경과 후 일정한 발진신호를 출력하도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자식 안정기의 소프트 스타트회로

제1도는 종래 기술에 의한 전자식 안정기 회로도.

제2도는 제1도에 도시된 타이머 집적회로(100)의 상세 회로도.

제3도는 본 고안에 따른 제1실시예에 의한 전자식 안정기의 소프트 스타트회로도.

제4도는 본 고안에 따른 제2실시예에 의한 전자식 안정기의 소프트 스타트회로도.

제5도의 (a)는 종래 기술에 의한 전자식 안정기의 출력전압 파형도이고,

(b)는 본 고안에 의한 전자식 안정기의 소프트 스타트회로의 출력 전압 파형도이다.

제6도는 본 고안에 따른 제3실시예에 의한 전자식 안정기의 소프트 스타트회로도.

제7도는 본 고안에 따른 제4실시예에 의한 전자식 안정기의 소프트 스타트회로도.

본 고안은 전자식 안정기의 소프트 스타트회로(soft start circuit)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원공급 개시시에 전자식 안정기의 출력신호의 듀티 사이클(duty cycle)을 조절할 수 있는 전자식 안정기의 소프트 스타트회로에 관한 것이다.

일반적으로 램프점등회로에서는 안정기를 통해 인가되는 신호가 LC 공진회로에 인가되어 고주파 발진 전압을 발생시키고, 이 전압이 램프 양 단자 사이에 인가됨과 동시에 필라멘트가 가열되어 램프가 점등되는 것이다.

상기 과정을 종래의 회로도인 제1도를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저 구성을 살펴보면, 전원을 입력하는 입력단자(5)에 저항(R1)의 일측이 접속함과 동시에 NPN형 전계효과트랜지스터(Q1)의 드레인단자가 접속한다. 상기 저항(R1)의 타측은 타이머 집적회로(100)의 전원공급단자(Vcc)와 리셋단자(RS) 및 저항(R2)의 일측이 접속한다.

상기 저항(R2)의 타측은 직렬로 연결된 저항(R3)의 일측에 접속함과 동시에 타이머 집적회로(100)의 디스차쥐(discharge) 단자(DIS)에 접속한다. 그리고 상기 저항(R3)의 타측은 트리거(triggre) 단자(TR) 및 한계값(threshold) 입력단자(TH)에 접속함과 동시에 콘덴서(C1)의 일측에 접속한다. 상기 콘덴서(C1)의 타측은 기저전위(GND)에 접속한다.

상기 타이머 집적회로(100)의 출력단자(OUT)는 콘덴서(C2)를 통해서 트랜스(T)의 일차측에 결합하고, 상기 트랜스(T)의 이차측은 저항과 콘덴서를 통해서 전계효과트랜지스터(Q1,Q2)의 게이트 단자에 접속한다. 상기 전계효과트랜지스터(Q1)의 소오스 단자는 전계효과트랜지스터(Q2)의 드레인단자에 접속함과 동시에 출력단자(15)에 접속하고, 상기 전계효과트랜지스터(Q2)의 소오스단자는 기저전위에 접속한다.

여기서 설명되고 있는 타이머 집적회로(100)는 미국 텍사스(USA TEXAS)에 위치한 텍사스 인스트루먼트사(Texas Instruments Inc.)에서 제품명 NE555 로서 생산되는 디바이스(이하 타이머집적회로로 설명)로, 시간 지연 또는 발진 등에 사용되는 타이머회로이다. 상기 디바이스의 주파수와 듀티 사이클은 두 개의 외부 저항 및 한 개의 캐패시터에 의하여 제어된다.

상기 타이머 집적회로(100)의 내부회로를 제2도에 도시하였다. 도시된 바와 같이, 상기 타이머 집적회로(100)는 세 개의 버퍼(10,11,12)와 하나의 플립플롭(20)으로 이루어지며, 상기 버퍼(10)로는 한계값(Threshold) 입력, 다른 버퍼(11)로는 트리거(Trigger)입력이 인가된다. 그리고 상기 버퍼(10,11)의 다른 입력단자로는 공급전원(Vcc)이 저항(R)을 통해서 입력되고, 상기 버퍼(10)의 출력단자는 상기 플립플롭(20)의 리셋단자(R)와 접속하며, 다른 버퍼(11)의 출력단자는 상기 플립플롭(20)의 세트단자(S)와 접속한다. 상기 플립플롭(20)의 출력단자는 버퍼(12)를 통해서 최종출력단자와 접속하고, 트랜지스터(Q3)를 통해서 기저전위에 접속되어 있다.

상기와 같은 구성의 타이머 집적회로(100)의 구성은 트리거 입력이 상기 트리거 레벨 보다 아래일 때 플립플롭(20)은 세트되고, 따라서 최종 출력은 하이상태가 된다. 만약 트리거 입력은 상기 트리거 레벨보다 높고, 한계값 입력도 상기 한계값 레벨 보다 높을 때, 상기 플립플롭(20)은 리세트되고 최종 출력은 로우상태가 된다. 상기 리세트 입력은 모든 다른 입력을 무시하고, 새로운 티이밍 사이클로 초기화시킨다.

이와 같이 동작되는 타이머집적회로를 이용한 전자식 안정기의 작동관계를 상기 상술한 제1도에 의거하여 설명한다.

신호입력단자(5)로 전원이 입력되면, 콘덴서(C1)은 저항(R2,R3)을 통해서 충전이 이루어지고, 상기 타이머 집적회로(100)는 상기 저항(R2,R3)과 콘덴서(C1)에 의하여 결정된 주파수로 발진을 한다. 이때 결정되는 주파수(F)는 하기와 같다.

상기 주파수에 의한 타이머 집적회로(100)의 발진신호는 결합콘덴서(couping capacitor ; C2)에서 잡음성신호가 제거되어 트랜스(T)로 공급되고, 상기 트랜스(T)의 2차측에 유기된 전압이 전계효과트랜지스터(Q1,Q2)를 선택적으로 스위칭시켜서, 신호입력단자(5)로 입력되는 직류전원을 교류로 변환하여 출력단자(15)를 통하여 램프회로에 공급하게 된다.

그런데, 램프의 점등 순간에는 램프의 공진주파수(LC)에 근접한 스위칭 고전압이 공급되므로, 상기 램프 양단에는 고전압이 공급되어서 상기 램프 필라멘트를 통하여 과전류가 흐르게 된다. 이 과전류는 램프 필라멘트에 열전자 방사를 돕기 위해 피복된 물질을 떨어뜨리게 되고, 이러한 스퍼티링(sputtering)현상은 램프를 흑화시켜서 광출력을 감소시킬 뿐 만 아니라, 램프의 수명을 단명시키는 문제점이 있었다.

따라서 본 고안의 목적은 점등 개시시의 전자식 안정기의 듀티 사이클을 조절할 수 있는 전자식 안정기의 소프트 스타트회로를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 발진회로를 포함한 전자식 안정기에 있어서; 상기 발진회로의 듀티 사이클을 조절하는 소프트 스타트부를 포함하여, 점등 개시시 상기 발진회로의 듀티 사이클이 점차적으로 증가되어, 소정시간 경과 후 일정한 발진신호를 출력하도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명한다.

제3도는 본 고안에 따른 제1실시예에 의한 전자식 안정기의 소프트 스타트회로도이다.

구성을 살펴보면, 전원을 입력하는 입력단자(5)에 저항(R1)의 일측이 접속함과 동시에 NPN형 전계효과트랜지스터(Q1)의 드레인단자가 접속한다. 상기 저항(R1)의 타측은 타이머 집적회로(100)의 전원공급단자(Vcc)와 리셋단자(RS)와 저항(R2)의 일측 및 콘덴서(C3)의 일측이 접속한다.

상기 저항(R2)의 타측은 직렬로 연결된 저항(R3)의 일측에 접속함과 동시에 타이머 집적회로(100)의 디스차쥐(discharge) 단자(DIS)에 접속한다. 그리고 상기 저항(R3)의 타측은 전계효과트랜지스터(Q3)의 소오스단자에 접속하는 한편 저항(R4)의 일측에 접속한다. 상기 저항(R4)의 타측은 접속점(P)를 통해서 트리거(triggre)단자(TR) 및 한계값(threshold) 입력단자(TH)에 접속함과 동시에 콘덴서(C1)의 일측에 접속한다. 상기 콘덴서(C1)의 타측은 기저전위(GND)에 접속한다.

상기 콘덴서(C3)의 타측은 상기 전계효과트랜지스터(Q3)의 게이트 단자에 접속하는 한편 저항(R5)의 일측 및 다이오드(D1)의 일측에 접속한다. 상기 다이오드(D1)와 저항(R5)의 타측은 기저단위(GND)에 접속하고, 상기 전계효과트랜지스터(Q3)의 드레인 단자는 다이오드(D2)를 통해서 접속점(P)에 접속한다.

상기 타이머 집적회로(100)의 출력단자(OUT)는 콘덴서(C2)를 통해서 트랜스(T)의 일자측에 결합하고, 상기 트랜스(T)의 이차측은 저항과 콘덴서를 통해서 전계효과트랜지스터(Q1.Q2)의 게이트 단자에 접속한다. 상기 전계효과트랜지스터(Q1)의 소오스 단자는 전계효과트랜지스터(Q2)의 드레인단자에 접속함과 동시에 출력단자(15)에 접속하고, 상기 전계효과트랜지스터(Q2)의 소오스단자는 기저전위에 접속한다.

여기서 설명되고 있는 타이머 집적회로(100)는 미국 텍사스(USA TEXAS)에 위치한 텍사스 인스트루먼트사(Texas Instruments Inc.)에서 제품명 NE555로서 생산되는 디바이스(이하 타이머집적회로로 설명)로, 시간 지연 또는 발진 등에 사용되는 타이머회로이다.

그리고 제4도는 본 고안에 따른 제2실시예에 의한 전자식 안정기의 소프트 스타트회로도로, 상기 제3도에 도시된 회로와 유사하나 다이오드(D2)가 전계효과트랜지스터(Q3)의 소오스 단자에 접속되어 있는 것이 다르다.

제5도의 (a)는 종래 기술에 의한 전자식 안정기의 출력 전압 파형도이고, 제5도의 (b)는 본 고안에 전자식 안정기의 출력 전압 파형도이다.

이하 상기 구성에 의한 전자식 안정기의 소프트 스타트회로의 작용 및 효과를 제5도의 전압 파형도를 참조하여 상세히 설명한다.

도시된 제3도에서 입력단자(5)로 전원이 공급되면, 타이머 집적회로(100)에는 공급전원(Vcc)이 공급된다. 전원이 공급되면 콘덴서(C1)은 저항(R2),저항(R3), 저항(R4)를 통하여 충전을 시작한다. 이 때 충전시간은 (R2+R3+R4)*C1이 된다.

한편, 전원이 공급되면 콘덴서(C3)과 저항(R5)로 구성된 미분회로에 의해 시정수 {C3*R5} 동안 전계효과트랜지스터(Q3)의 게이트단자의 전압은 공급전원 Vcc에서 0 볼트까지 변화하는 미분파형의 전압이 된다. 전계효과트랜지스터의 특성상 게이트단자의 전압에 따라 드레인 단자와 소오스 단자 사이의 저항이 변화한다.

상기와 같이 상기 콘덴서(C3)과 저항(R5)에 의한 미분회로에 의해 상기 전계효과트랜지스터(Q3)의 게이트 단자의 전압이 변화하기 때문에 드레인과 소오스단자사이의 저항은 최소 0오옴에서 무한대 까지 직선적으로 변화한다. 이와 같은 저항값의 변화는 타이머 집적회로(100)의 출력파형의 주기를 결정하는 콘덴서(C1)의 충방전시간에 영향을 미칠 수 있다.

그러나, 전계효과트랜지스터(Q3)의 소스단자에 연결된 다이오드(D2)에 의해 상기 전계효과트랜지스터(Q3)가 콘덴서(C1)의 충전시간에는 영향을 미치지 않고, 콘덴서(C1)의 방전시간에만 영향을 주게된다.

즉,콘덴서(C1)의 충전시간은 (R2+R3+R4)*C1으로 변함없다.

그러나 콘덴서(C1)의 방전경로는 Q3//R4,R3, 디스차쥐단자(DIS)로 된다. 따라서 방전시간은 (R3+(R4//Q3))*C1으로 된다. 즉, 상기 전계효과트랜지스터(Q3)의 드레인단자와 소오스단자간의 저항이 0오옴에서 무한대로 직선적으로 변화하는 것에 의하여, 상기 콘덴서(C1)의 방전시간은 시간이 흐름에 따라 늘어나게 된다.

이에 비해서 상기 미분회로의 시정수는 상기 콘덴서(C1)의 충전시간과 방전시간에 비하면 상당히 긴 시간이다. 그리고 전계효과트랜지스터(Q3)의 게이트단자에 연결된 다이오드(D1)은 전원이 차단될 때, 콘덴서(C3)에 충전된 전압을 방전시킨다. 그리고 전원이 공급되는 상태에서는 콘덴서(C3)의 방전경로는 형성되지 않으므로, 상기 콘덴서(C3)의 한번의 충전동작이 완료됨과 동시에 전계효과트랜지스터(Q3)가 오프되면서 더 이상의 콘덴서(C3), 트랜지스터(Q3), 저항(R5)에 의해 구성되는 소프트 회로부의 동작은 정지된다.

다음은, 타이머집적회로의 내부동작을 좀 더 자세히 언급하면서, 본 고안의 동작을 살펴본다.

전원이 공급되면 콘덴서(C1)는 상기 충전시간으로 충전한다. 이와 동시에 미분회로에도 전원이 공급되므로 전계효과트랜지스터(Q3)의 드레인단자와 소오스단자의 저항도 0오옴에서 서서히 증가하기 시작한다. 이런상태에서 트리거단자(TR)전압 즉, 콘덴서의 충전전압이 1/3Vcc 이하일 때는 타이머 집적회로의 내부 특성상 하이를 출력한다.

콘덴서(C1)가 충전을 계속하여 스레시홀드(TH)전압이 2/3Vcc 이상이 되면 타이머 집적회로(100)의 내부 방전경로가 온상태로 되어 콘덴서(C1)는 방전시정수로 방전을 시작한다. 그리고 타이머 집적회로(100)는 로우를 출력한다. 콘덴서(C1)가 방전을 시작하면 콘덴서의 전압은 감소하고 1/3Vcc 까지 감소한다.1/3Vcc이하로 내려가려는 순간 트리거단자(TR)의 특성 때문에 다시 타이머 집적회로(100)는 하이를 출력한다. 또한 집적회로 내부의 방전경로가 오프되어 콘덴서(C1)는 더 이상 방전을 하지못하고 다시 충전을 하게 된다.

이상과 같이 콘덴서(C1)는 1/3Vcc와 2/3Vcc 사이에서 충방전을 계속하게 되고 충방전의 전환에 따라 타이머 집적회로(100)의 출력도 전환되므로 결과적으로 타이머 집적회로(100)의 출력은 펄스형태로 된다.

따라서 제5도의 (b)와 같은 파형이 된다. 로우일 때는 콘덴서(C1)가 충전하는 동안이며 상기에서 설명한 바와 같이 콘덴서(C1)의 충전시간에는 변화가 없으므로 로우상태의 펄스폭은 일정하다. 그러나 하이일 때는 콘덴서가 방전하는 동안이며 상기에서 설명한 바와 같이 전계효과트랜지스터(Q3)의 영향으로 방전시간이 점점증가한다. 따라서 하이상태의 펄스폭은 점점 증가한다.

이와 같이, 콘덴서(C1)가 충방전을 반복하다가 콘덴서(C3)의 충전이 완료되는 순간, 전계효과트랜지스터의 게이트단자전압이 0볼트로 되면 전계효과트랜지스터(Q3)는 완전히 오프되고 따라서 드레인과 소오스단자간의 저항은 무한대로 된다. 따라서 콘덴서(C1)의 방전시간을 결정하는 요소는 저항(R3)과 저항(R4)이며 따라서 방전시간은 (R3+R4)*C1으로 일정한 상수가 된다. 따라서 이후의 방전시간이 일정해진다. 즉 정상상태에 도달하여 주기는 t0로 일정해진다.

상기 타이머 집적회로(100)의 출력은 콘덴서(C2)를 통해서 트랜스(T)로 공급되고, 상기 트랜스(T)의 2차측에 유기된 전압이 전계효과트랜지스터(Q1,Q2)를 선택적으로 스위칭시켜서, 출력단자(15)를 통해 램프 공진회로(도시하지 않음)로 인버팅전원(직류에서 교류로 변환된 전원)이 인가되어 램프의 필라멘트를 서서히 가열시키게 된다.

따라서 일정시간(C3*R5)이 지난 후에는 정상상태의 상기 타이밍 집적회로(100)의 발진출력(t₀)에 의해서 램프 공진회로(도시하지 않음)가 구동되는 것이다.

제6도는 본 고안에 따른 제3실시예에 의한 전자식 안정기의 소프트 스타트회로도로, 제3도에서 타이머 집적회로 대신에 IR2151를 사용한 경우이고, 제7도는 제6도에 도시된 회로와 유사하나 다이오드(D2)가 소오스 단자에 접속되어 있는 것이 다르다.

여기서 사용되는 IR2151은 캘리포니아에 위치한 인터내셔날 렉티파이어(InteRnational RectifieR)사에서 생산하는 발진회로로, 듀티 사이클(Duty Cycle)은 50%이고, 발진 주파수(f)는 다음과 같이 결정된다.

따라서 본 고안은 안정기의 스타트시에 램프회로의 공진주파수 보다 높은 주파수에서 하이볼트를 스위칭하고 이때 필라멘트가 가열되기 사작하고, 그이후부터 스위칭 주파수가 제5도의(b)와 같이 점차 감소하여 방전개시 전압을 넘어서는 순간부터 램프의 점등이 이루어지므로써, 램프의 수명에 영향을 주지 않으면서 안전하게 방전이 이루어지도록 필라멘트를 가열하면서 램프의 전압을 증가시키는 것이다.

Claims (1)

1. 발진회로를 포함한 전자식 안정기에 있어서; 상기 발진회로의 듀티 사이클을 조절하는 소프트 스타트부를 포함하여, 점등 개시시 상기 발진회로의 듀티 사이클이 점차적으로 증가되어, 소정시간 경과후 일정한 발진신호를 출력하도록 하는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기의 소프트 스타트회로.