KR0149315B1 - 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템과 그 제어 방법 - Google Patents

전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템과 그 제어 방법 Download PDF

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KR0149315B1 KR1019950028758A KR19950028758A KR0149315B1 KR 0149315 B1 KR0149315 B1 KR 0149315B1 KR 1019950028758 A KR1019950028758 A KR 1019950028758A KR 19950028758 A KR19950028758 A KR 19950028758A KR 0149315 B1 KR0149315 B1 KR 0149315B1
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Abstract

이 발명은 전자식 안정기(Ballast)의 연속 피드백(Feedback) 제어 시스템과 그 제어 방법에 관한 것으로서, 램프(31)와, 전자식 안정기(32)와, 곱셈기(33)와, 시간 제어기(34)와, 소프트 스타트 제어기(35)와, 디밍 제어기(36)와, 제1 가감기(37)와, 기준 전압 발생부(38)와, 제2가감기(39)와, 에러 앰프(40)와, 제어 블럭(50)으로 이루어져서, 램프(31)의 예열 → 방전 → 방전 유지 → 디밍을 위한 주파수 제어를 포함한 전 과정에서 연속적인 피드백 제어를 하여, 보다 안정적으로 최적의 제어를 할 수 있고, 에너지 절약 및 램프 수명 연장등에 큰 효과가 있는, 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템과 그 제어 방법에 관한 것이다.

Description

전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템과 그 제어 방법
제1도는 종래에 사용한 전자식 안정기의 피드백 제어 시스템을 나타낸 블럭도이다.
제2도는 이 발명에서 사용된 전자식 안정기를 나타낸 도면이다.
제3도는 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템을 나타낸 블럭도이다.
제4도는 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템에서 제어 블럭을 나타낸 도면이다.
제5도의 (a)는 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템에서 소프트 스타트 제어기와 디밍 제어기의 전류 제어를 나타낸 그래프이고, (b)는 이 전류 제어에 의한 전력 변화를 나타낸 그래프이다.
제6도는 이 발명의 실시예에 따는 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템에서 디밍 제어기를 나타낸 상세 회로도이다.
제7도는 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템에서 디밍 제어기의 전류 흐름을 나타낸 그래프이다.
제8도는 제4도에 도시된 오실레이터와 출력 드라이버의 신호를 나타낸 파형도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 램프 32 : 전자식 안정기
33 : 곱셈기 34 : 시간 제어기
35 : 소프트 스타트 제어기 36 : 디밍 제어기
37 : 제1가감기 38 : 기준 전압 발생부
39 : 제2가감기 40 : 에러 앰프
50 : 제어 블록 51 : VCCS
52 : 제3가감기 53 : 오실레이터와 출력 드라이버
이 발명은 전자식 안정기(Ballast)의 연속 피드백(Feedback) 제어 시스템과 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 예열 → 방전 → 방전 유지 → 디밍(Dimming)이 연속적으로 동작하도록 하는 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템과 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 종래에 사용한 전자식 안정기의 피드백 제어 시스템은 많은 잇점을 제공한다. 불규칙적인 램프 로드의 특성에도 안정하게 제어할 수 있는 능력과 에너지 절약 효과 및 램프의 수명 연장등에 큰 효과를 얻을 수 있다.
더구나 연속 제어 피드백 시스템을 구현한다는 것은 램프의 특성 변화를 강제제어를 통해 예열 제어로부터 디밍제어에 이르기까지 총체적으로 구현한다는 것을 말하며, 이와같은 연속 제어 시스템은 램프의 특성에 맞는 적절한 제어가 가능해 지는 데 가령, 램프의 점등전 상태에서 피드백 예열을 통해 입력 전압의 변동이나 예열시 변화되는 부하의 변동을 최적 제어할 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 방전 모드(Mode)로 진입시 급격히 변화되는 램프의 부하 변동을 프로그램 (Program)된 양으로 전력 제어할 수 있고, 더불어 이와같은 제어를 일반 방전 모드로 진입시키고 충분히 방전유지 구간을 둔 상태에서 외부 디밍소자에 의해 설정된 디밍점으로 피드백 디밍 제어를 연결시키는 것은 안정기를 갖는 시스템에서 가장 바람직한 제어 방향이다.
즉, 램프의 예열-방전-방전유지-디밍의 동작들을 연속 제어하므로써, 형광등 시스템을 최적으로 제어할 수 있다.
여기에서, 램프 수명 연장에 큰 효과가 있는 예열 작용은 램프가 방전시, 스트레스(Stress)를 받지 않도록 램프 필라멘트(Filament)를 적정한 온도로 히팅(Heating)시키는 작용을 말하며, 전기적으로는 램프에 흘리는 전류를 제한적으로 공급하므로써 효과를 얻을 수 있다. 또, 주위환경의 밝기에 따라 램프의 밝기를 자동 조절하는 디밍 작용은 전력의 효율을 극대화 시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 대하여 설명한다.
제1도는 종래에 사용한 전자식 안정기의 피드백 제어 시스템을 나타낸 블럭도이다.
제1도에 도시되어 있듯이 종래에 사용한 전자식 안정기의 피드백 제어 시스템을 설명하면, 램프(11)에 출력하는 전류를 제어하는 전자식 안정기(12)가 소비하는 전류(ifb)와 직류 링크(DC link) 전압(E)을 피드백(Feedback)하여 곱셈기(Multiplier)(13)에서 합성하고, 이 곱셈기(13)의 신호를 저항 블럭(Rmo)을 통해 전압(Vmo)으로 출력하여 제1가감기(15)에서, 전자식 안정기(12)의 입력 전력을 결정하는, 기준 전압 발생부(14)에서 출력된 기준 전압(Vref)과 가감한다.
제1가감기(15)에서 출력된, 가감된 전압(Verr)은 트랜스컨덕턴스(Transconductance;Gm)를 갖는 에러 앰프(Error Amp.)(16)를 통해 전류(Iin)로 증폭된다.
증폭된 전류(Iin)는 커패시터(Capacitor)(C)로 적분되어 전압(Vin)이 된다.
이 전압(Vin)은 VCCS(Voltage Controlled Current Source, 이하 VCCS라고함)(17)을 거쳐 전류(i1)로 환산되는데, 이 전류(i1)는 전자식 안정기(12)의 직류 링크 전압(E)에서 피드포워드(Feedforward)된 전류(ie)와 기준 전류(iref)와 제2가감기(18)에서 더해진다.
이들 더해진 총전류(it)는 오실레이터와 출력 드라이버(Oscillator Output Driver)(19)의 커패시터(Ct)로 충전(Charge)되어 전자식 안정기(12)의 제어 주파수(f1)를 결정한다.
이 제어 주파수(f1)는 전자식 안정기(12)의 입력 전력을 결정하며 결정된 입력 전력은 전류(ifb)에 비례하게 되어 피드백 제어가 된다.
그러나 상기한 종래의 전자식 안정기를 피드백 제어하는 시스템은 램프를 방전시킨 후 방전을 유지하는 제어는 가능하지만 램프를 예열시키고, 전력의 효율을 높이는 디밍 제어에는 적용하기 힘들다는 문제점이 있다.
따라서, 이 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 램프의 예열 → 방전 → 방전유지 → 디밍을 위한 주파수 제어를 포함한 전 과정에서 연속적인 피드백 제어를 하여, 보다 안정적으로 최적의 제어를 할 수 있는, 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템과 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로써, 이 발명의 구성은, 제어의 대상인 램프와, 상기한 램프의 예열 → 방전 → 방전유지 → 디밍을 위한 신호와 연속적인 피드백 제어를 위한 신호를 출력하는 전자식 안정기와, 상기한 전자식 안정기에서 출력된 신호들의 곱에 비례하는 값을 출력하는 곱셈기와, 상기한 램프의 각 주기에 따라 시간에 비례하는 신호를 출력하는 시간(Time)제어기와, 상기한 시간 제어기의 신호를 받아서, 상기한 램프의 초기 예열 주기와 방전 주기에 필요한 신호를 출력하는 소프트 스타트(Soft Start) 제어기와, 상기한 시간 제어기의 신호를 받아서, 주위환경의 밝기에 따라 상기한 램프의 밝기를 자동 조절하는 신호를 출력하는 디밍 제어기와, 상기한 곱셈기의 출력 신호와 상기한 소프트 스타트 제어기의 출력 신호와 상기한 디밍 제어기의 출력 신호를 합하거나 빼서 출력하는 제1가감기와, 피드백 제어에서 상기한 전자식 안정기의 입력 전력을 결정하는 기준이 되는 전압을 출력하는 기준 전압 발생부와, 상기한 제1가감기에서 출력된 후에 저항 블럭(block)을 거쳐 입력된 신호와 상기한 기준 전압 발생부의 출력 신호를 합하거나 빼서 출력하는 제2가감기와, 상기한 제2가감기의 출력 신호를 증폭하여 출력하는 에러 앰프와, 상기한 에러 앰프에서 출력한 신호와 상기한 전자식 안정기에서 출력되어 저항 블럭을 거친 피드백 신호를 입력으로 받고, 상기한 램프를 제어하기 위한 주파수를 결정하여 상기한 전자식 안정기에 출력하는 제어 블럭으로 이루어진다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로써, 이 발명의 또 다른 구성은, 제1주기 동안, 시간 제어기에 의해 소프트 스타트 제어기의 출력 신호가 증가하여 곱셈기의 출력 신호가 감소하고, 이에 따라 전자식 안정기가 소비하는 전류가 감소하는 예열 단계와, 상기 예열 단계 후에, 제2주기 동안, 소프트 스타트 제어기의 출력 신호가 (-) 기울기로 감소하는 방전 단계와, 상기 방전 단계 후에, 제3주기 동안, 소프트 스타트 제어기의 출력 신호가 0(Zero)이 되도록 하여, 전자식 안정기가 소비하는 전류가 최대로 증가하는 방전 유지 단계와, 상기 방전 유지 단계 후에, 제4주기 동안, 디밍 제어기의 출력 신호를 (+) 기울기로 증가시켜, 다시 곱셈기의 출력 신호를 감소시키고, 제5주기에는 디밍 모드에 맞는 소모 전력은 (-) 기울기로 감소시키도록 제어 주파수가 제어되는 디밍 단계로 이루어진다.
상기한 구성에 의하여, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
제3도는 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템을 나타낸 블럭도이다.
제3도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템은, 램프(31)의 예열 → 방전 → 방전유지 → 디밍을 위한 신호와 연속적인 피드백 제어를 위한 신호(E, ifb)를 출력하는 전자식 안정기(32)와, 상기한 전자식 안정기(32)에서 출력된 신호(E, ifb)의 곱에 비례하는 값(imo;전류)을 출력하는 곱셈기(33)와, 상기한 램프(31)의 각 주기에 따라 시간에 비례하는 신호(Vcs)를 출력하는 시간 제어기(34)와, 상기한 시간 제어기(34)의 신호(Vcs)를 받아서, 상기한 램프(31)의 초기 예열 주기와 방전 주기에 필요한 신호(ip;전류)를 출력하는 소프트 스타트(Soft Start) 제어기(35)와, 상기한 시간 제어기(34)의 신호(Vcs)를 받아서, 주위환경의 밝기에 따라 상기한 램프(31)의 밝기를 자동 조절하는 신호(id;전류)를 출력하는 디밍 제어기(36)와, 상기한 곱셈기(33)의 출력 신호(imo)와 상기한 소프트 스타트 제어기(35)의 출력 신호(ip)와 상기한 디밍 제어기(36)의 출력 신호(id)를 합하거나 빼서 출력하는 제1 가감기(37)와, 피드백 제어에서 상기한 전자식 안정기(32)의 입력 전력을 결정하는 기준이 되는 전압(Vref)을 출력하는 기준 전압 발생부(38)와, 상기한 제1 가감기(37)에서 출력된 후에 저항 블럭(Rmo)을 거쳐 입력된 신호(Vmo)와 상기한 기준 전압 발생부(38)의 출력 신호(Vref)를 합하거나 빼서 출력하는 제2가감기(39)와, 상기한 제2가감기(39)의 출력 신호(Verr)를 증폭하여 출력하는 에러 앰프(40)와, 상기한 에러 앰프(40)에서 출력한 신호 (Iin)와 상기한 전자식 안정기(32)에서 출력되어 저항 블럭(1/RL)을 거친 피드백 신호(ie)를 입력으로 받고, 상기한 램프(31)를 제어하기 위한 주파수(f1)를 결정하여 상기한 전자식 안정기(32)에 출력하는 제어 블럭(50)으로 이루어진다.
또, 제4도는 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템에서 제어 블럭을 나타낸 도면이다.
제4도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템에서 제어 블럭(50)은, 상기한 에러 앰프(40)에서 출력한 전류(Iin)를 적분기(1/SC)에서 적분하여 전압으로 바꾼 신호를 입력받아서, 전류로 변환하여 출력하는 VCCS(51)와, 상기한 VCCS(51)의 출력 신호(i1)와, 기준 전류(Iref[Rt])와, 상기한 전자식 안정기(32)에서 출력되어 저항 블럭(1/RL)을 거친 신호(ie)을 합하거나 빼서 출력하는 제3가감기(52)와, 상기한 제3가감기(52)로부터 입력된 신호(it)가 내부와 연결된 커패시터(Ct)에 차지되어 상기한 전자식 안정기(32)로 출력하는 제어 주파수(f1)를 결정하는 오실레이터와 출력 드라이버(53)로 이루어진다.
그리고, 제6도는 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템에서 디밍 제어기를 나타낸 상세 회로도이다.
제6도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템에서 디밍 제어기(36)는, 베이스(Base) 단자로 외부에 있는 시간 제어기(34)의 출력(Vcs)을 입력받고, 콜렉터(Collector) 단자로 전류(id3)를 입력받는 제1트랜지스터(Q1)와 상기한 제1트랜지스터(Q1)의 에미터 (Emitter) 단자에 한쪽단이 연결된 제1저항(R1)과, 콜렉터 단자가 상기한 제1저항(R1)의 다른 한쪽단과 연결되어 있고, 이 콜렉터 단자로 전류(id1)를 입력받는 제3트랜지스터(Q3)와, 에미터 단자가 상기한 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터 단자에 연결된 제4트랜지스터(Q4)와, 에미터 단자와 베이스 단자가 각각 상기한 제4트랜지스터(Q4)의 에미터 단자와 베이스 단자에 연결되고, 콜렉터 단자에서 외부에 있는 제1 가감기(37)로 전류(id=id4)를 출력하는 제5트랜지스터(Q5)와, 베이스 단자가 상기한 제4트랜지스터(Q4)의 콜렉터 단자에 연결되고, 에미터 단자가 상기한 제4트랜지스터(Q4)의 베이스 단자와 상기한 제5트랜지스터(Q5)의 베이스 단자에 연결되며, 콜렉터 단자가 접지된 제6트랜지스터(Q6)와, 콜렉터 단자가 상기한 제4트랜지스터(Q4)의 콜렉터 단자와 상기한 제6트랜지스터(Q6)의 베이스 단자에 연결되어 있고, 이 콜렉터 단자로 전류(id2)를 입력받으며, 베이스 단자에 비교 전압(Vr2)이 연결되고, 에미터 단자가 상기한 제3트랜지스터(Q3)의 콜렉터 단자에 연결된 제2트랜지스터(Q2)와, 베이스 단자와 에미터 단자가 각각 상기한 제3트랜지스터(Q3)의 베이스 단자와 에미터 단자에 연결되고, 콜렉터 단자가 상기한 제5트랜지스터(Q5)의 콜렉터 단자와 외부에 있는 제1 가감기(37)에 연결된 제7트랜지스터(Q7)와, 베이스 단자와 에미터 단자가 각각 상기한 제7트랜지스터(Q7)의 베이스 단자와 에미터 단자에 연결되고, 콜렉터 단자가 베이스 단자에 연결된 제8트랜지스터(Q8)와, 에미터 단자가 상기한 제5트랜지스터(Q5)의 에미터 단자와 연결되고, 콜렉터 단자가 상기한 제8트랜지스터(Q8)의 콜렉터 단자에 연결된 제9트랜지스터(Q9)와, 베이스 단자와 에미터 단자가 각각 상기한 제9트랜지스터(Q9)의 베이스 단자와 에미터 단자에 연결된 제10트랜지스터(Q10)와, 에미터 단자가 상기한 제9트랜지스터(Q9)의 베이스 단자와 상기한 제10트랜지스터(Q10)의 베이스 단자에 연결되고, 베이스 단자가 상기한 제10트랜지스터(Q10)의 콜렉터 단자에 연결되며, 콜렉터 단자가 접지된 제11트랜지스터(Q11)와, 한쪽단이 상기한 제10트랜지스터(Q10)의 콜렉터 단자와 상기한 제11트랜지스터(Q11)의 베이스 단자에 연결되고, 다른 한쪽단은 상기한 제8트랜지스터(Q8)의 에미터 단자에 연결된 저항(Rd)으로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 따른 작용을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전자식 안정기(32)에 대해서 설명한다.
제2도는 이 발명에서 사용된 전자식 안정기(32)를 나타낸 도면이다.
제2도에 도시되어 있듯이, 이 발명에서 사용된 전자식 안정기(32)는 LC공진형 컨버터로써, 스위칭 주파수가 LC(Lr과 C-C1,C2,C3,C4,C5의 복합) 공진 주파수보다 높게 제어되면, 스위칭 주파수가 입력 전력에 반비례하는 특성을 갖는다. 따라서, 방전유지를 위한 100% 입력 전력에 대한 주파수(f0)에 비해 예열 및 디밍시의 스위칭 주파수(fp,fd)는 상대적으로 높아야 한다.
이 실시예에서는 피드백 제어를 바탕으로 초기 예열과 방전 및 방전유지와 디밍을 위한 연속적인 주파수를 제공받아 램프를 제어한다.
제3도는 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기(32)의 연속 피드백 제어 시스템을 나타낸 블럭도이다.
제3도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기(32)의 연속 피드백 제어 시스템은 연속적인 피드백 제어에 의해 예열 → 방전 → 방전유지 → 디밍 제어를 가능하게 하며 동작은 다음과 같다.
제어의 대상인 램프(31)에 출력하는 전류를 제어하는 전자식 안정기(32)가 소비하는 전류(ifb)와 직류 링크 전압(E)을 피드백하여 입력받은 곱셈기(33)는 입력된 두 값(E,ifb)의 곱에 비례하는 값(imo=Km*ifb*E)을 제1 가감기(37)로 출력한다.
소프트 스타트 제어기(35)는 시간 제어기(34)의 신호(Vcs)을 받아서, 램프(31)의 초기 예열 주기와 방전 주기에 필요한 신호(ip)를 제1 가감기(37)로 출력하고, 디밍 제어기(36)도 시간 제어기(34)의 신호(Vcs)를 받아서, 주위환경의 밝기에 따라 램프(31)의 밝기를 자동 조절하는 신호(id)를 제1 가감기(37)로 출력한다.
제1 가감기(37)는 곱셈기(33)의 출력 신호(imo)와 소프트 스타트 제어기(35)의 출력신호(ip)와 디밍 제어기(36)의 출력신호(id)를 합하거나 뺀 값(imo1=imo±ip±id)을, 저항 블럭(Rmo)을 거쳐 제2가감기(39)로 보낸다.
제2가감기(39)는, 기준 전압 발생부(38)에서 출력된, 전자식 안정기(32)의 입력 전력을 결정하는 전압(Vref)과 제1 가감기(37)에서 출력된 후에 저항 블럭(Rmo)을 거쳐 입력된 신호(Vmo)를 합하거나 빼서 에러 앰프(40)로 출력한다. 여기에서, 제2가감기(39)로 입력되는 전압(Vmo)은 기준 전압(Vref)과 같아 지도록, 전자식 안정기(32)가 소비하는 전류(ifb)와 직류 링크 전압(E)의 변화로 맞춰지는데, 만일 직류 링크 전압(E)이 일정하다면, 제2가감기(39)로 입력되는 전압(Vmo)은 소프트 스타트 제어기(35)의 출력 신호(ip)와 디밍 제어기(36)의 출력 신호(id)에 의해서 결정된다.
트랜스컨덕턴스(Transconductance)(Gm)를 갖는 에러 앰프(40)는 제2가감기(39)의 출력 신호(Verr=Vref±Vmo)를 전류(Iin)로 증폭하여 제어 블럭(50)으로 보낸다.
제어 블럭(50)은 에러 앰프(40)에서 출력한 신호(Iin)와 전자식 안정기(32)에서 출력되어 저항 블럭(1/RL)을 거친 피드백 신호(ie)를 입력으로 받아서, 램프(31)의 예열-방전-방전유지-디밍의 동작들을 연속 제어하기 위한 주파수( f1)를 결정하여, 전자식 안정기(32)로 출력한다.
제4도는 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템에서 제어 블럭(50)을 나타낸 도면이다.
제4도에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템에서 제어 블럭(50)의 동작은 다음과 같다.
VCCS(51)는 제3도의 에러 앰프(40)에서 출력한 전류(Iin)를 적분기(1/SC)에서 적분하여 전압으로 바꾼 신호(Vin)를 입력받아서, 전류(i1)로 변환하여 제3가감기(52)로 출력한다.
제3가감기(52)는 VCCS(51)의 출력신호(i1)와 기준 전류(Iref[Rt])와 전자식 안정기(32)에서 출력되어 저항 블럭(1/RL)을 거친 신호(다시 말하면, 직류 링크 전압에서 피드 포워드된 전류)(ie)를 합하거나 빼서, 그 값(it=±il±Iref±ie)을 오실레이터와 출력 드라이버(53)로 출력한다.
오실레이터와 출력 드라이버(53)는 제3가감기(52)로부터 입력된 신호(it)를 내부와 연결된 커패시터(Ct)에 차지하여 전자식 안정기(32)에 출력하는 제어 주파수(fl)를 결정한다. 이 제어 주파수(fl)는 전자식 안정기(32)의 입력 전력을 결정하며, 결정된 입력 전력은 전자식 안정기(32)가 소비하는 전류(ifb)에 비례하게 되어 피드백 제어가 된다.
제5도의 (a)는 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템에서 소프트 스타트 제어기와 디밍 제어기의 전류 제어를 나타낸 그래프이고, (b)는 이 전류 제어에 의한 전력 변화를 나타낸 그래프이이며, 그 과정을 단계적으로 살펴보면 다음과 같다.
(1단계)예열 : 최초의 예열주기t0~t1(제1주기;T1)에서 시간 제어기(34)에 의해 소프트 스타트 제어기(35)의 출력 신호(ip)가 증가하여 곱셈기(33)의 출력신호(imo)가 감소하고, 이에따라 전자식 안정기(32)가 소비하는 전류(ifb)가 감소된다. 전자식 안정기(32)가 소비하는 전류(ifb)의 감소로 램프(31)는 방전되지 않은 사태로 구동되어 예열 작용을 한다. 이는 전자식 안정기(32)의 소모 전력(Wp)을 감소시키도록 제어 주파수(fl)가 제어됨을 의미한다.
(2단계)방전 : 일정시간 예열을 마치면 방전주기 t1~t2(제2주기; T2)에서 소프트 스타트 제어기(35)의 출력 신호(ip)는 (-) 기울기로 감소하게 제어된다. 따라서 전자식 안정기(32)의 전력은(+) 기울기로 증가하게 되어 방전에 필요한 전력이 되도록 전자식 안정기(32)가 소비하는 전류(ifb)를 증가시켜 전자식 안정기(32)는 방전 개시를 하게 된다.
(3단계)방전 유지 : 방전유지주기 t2~t3(제3주기; T3)에서 소프트 스타트 제어기(35)의 출력 신호(ip)가 0(Zero)가 되도록 하면 예열과 소프트 스타트가 완전히 끝난 것으로, 전자식 안정기(32)가 소비하는 전류(ifb)가 최대로 증가하여 풀 파워 모드(Full Power Mode) 즉, 방전 유지 구간이 된다.
(4단계)디밍 : 전자식 안정기(32)가 방전 유지를 하고 있다가 디밍 주기(제4주기와 제5주기) 내의 t3~t4(제4주기; T4)에서 시간 제어기(34)에 의해 디밍 제어기(36)가 동작되고 디밍 제어기(36)의 출력 신호(id)를 (+) 기울기로 증가시키게 되면 다시 곱셈기(33)의 출력 신호(imo)를 감소시키고, 따라서 전자식 안정기(32)가 소비하는 전류( ifb)가 감소하여 디밍 모드에 맞는 소모 전력(Wd)을 (-) 기울기로 감소시키도록 제어 주파수(fl)가 제어되어 시간 t4이후(제5주기; T5)에, 정해진 디밍 모드에 돌입하게 된다.
이와같은 예열-방전-방전유지-디밍의 동작들이 연속적인 피드백 제어가 되어 전자식 안정기(32)를 최적 제어할 수 있게 된다.
제6도는 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템에서 디밍 제어기를 나타낸 상세 회로도이고, 제7도는 이 발명의 실시예에 따른 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템에서 디밍 제어기의 전류 흐름을 나타낸 그래프이다.
제6도와 제7도에 도시되어 있듯이, 제2가감기(39)로 입력되는 디밍 제어기(36)의 출력 신호(id)를 얻기 위한 회로가 제6도이고, 저항(Rd)에 의해서 전류idl이 결정되고 시간 제어기(34)의 전위(Vcs)가 시간에 비례하게 커져 비교 전압(Vr2)에 도달하면 제1트랜지스터(Q1)가 도통하기 시작한다. 이때가 시간으로는 t3에 해당한다. 시간 t3이후 전류 id3가 비례적으로 증가하고 전류id2는 비례적으로 감소한다. 시간 t4이후(제4주기이후, 즉, 제5주기)에, 전류 id3가 전류 idl과 같아지면 디밍 제어기(36)의 출력 신호(id)=id4=id3=id1이 되고, id2=0이 되며, 이때가 시간으로는 t4에 해당한다. 제1저항(R1)은 디밍 주기(제4주기와 제5주기) 내의 시간 t3와 t4(제4주기) 사이에서 전류의 증가하는 기울기를 결정하는 저항이며, 이 제1저항(R1)이 클수록 전류의 기울기는 더욱 완만해 진다.
제8도는 제4도에 도시된 오실레이터와 출력 드라이버의 신호를 나타낸 파형도이다.
제3가감기(52)로부터 입력된 신호(it) ∝ 제어 주파수(f1)의 관계가 있으며 커패시터(Ct)에서 발생되는 톱니파의 ΔV의 크기에 따라 식 1로 표현 가능하다.
2 * fl ≒ it / (Ct * ΔV) ……… (식 1)
전자식 안정기(32)를 제어하는 주파수(f1)는 듀얼(Dual) 출력의 주파수로서, 톱니파 주파수의 1/2이다. Vct는 커패시터(Ct)에서의 전압 파형이며, Vr1은 오실레이터와 출력 드라이버(53)의 내부 비교전위이다. 내부 비교 전위(Vr1)로부터 비교기(Comparator)(도시되지 않음)의 출력은 Vcom으로 나타나고, 비교기의 출력(Vcom)은 내부 디-플립플롭(D-Flip Flop)(도시되지 않음)에 의해 제1 디-플립플롭(도시되지 않음), 제2 디-플립플롭(도시되지 않음)으로 분주된다. 분주된 제1 디-플립플롭, 제2 디-플립플롭은 최종적으로 전자식 안정기(32)를 구동하는 출력1(OUT1)과 출력2(OUT2)로 출력되는데, 출력1과 출력2의 주파수는 모두 제어 주파수(f1)이며 교대로 출력된다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 램프의 예열 → 방전 → 방전유지 → 디밍을 위한 주파수 제어를 포함한 전 과정에서 연속적인 피드백 제어를 하여, 보다 안정적으로 최적의 제어를 할 수 있고, 에너지 절약 및 램프 수명 연장등에 큰 효과가 있는, 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템과 그 제어 방법을 제공할 수 있다.
이 발명의 이러한 효과는 전자식 안정기를 사용하는 모든 제품에 이용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 램프의 예열 → 방전 → 방전유지 → 디밍을 위한 신호와 연속적인 피드백 제어를 위한 신호를 출력하는 전자식 안정기와, 상기한 전자식 안정기에서 출력된 신호들의 곱에 비례하는 값을 출력하는 곱셈기와, 상기한 램프의 각 주기에 따라 시간에 비례하는 신호를 출력하는 시간 제어기와, 상기한 시간 제어기의 신호를 받아서, 상기한 램프의 초기 예열 주기와 방전 주기에 필요한 신호를 출력하는 소프트 스타트 제어기와, 상기한 시간 제어기의 신호를 받아서, 주위환경의 밝기에 따라 상기한 램프의 밝기를 자동 조절하는 신호를 출력하는 디밍 제어기와, 상기한 곱셈기의 출력 신호와 상기한 소프트 스타트 제어기의 출력 신호와 상기한 디밍 제어기의 출력 신호를 합하거나 빼서 출력하는 제1 가감기와, 피드백 제어에서 상기한 전자식 안정기의 입력 전력을 결정하는 기준이 되는 전압을 출력하는 기준 전압 발생부와, 상기한 제1 가감기에서 출력된 후에 저항 블럭을 거쳐 입력된 신호와 상기한 기준 전압 발생부의 출력 신호를 합하거나 빼서 출력하는 제2가감기와, 상기한 제2가감기의 출력 신호를 증폭하여 출력하는 에러 앰프와, 상기한 에러 앰프에서 출력한 신호와 상기한 전자식 안정기에서 출력되어 저항 블럭을 거친 피드백 신호를 입력으로 받고, 상기한 램프를 제어하기 위한 주파수를 결정하여 상기한 전자식 안정기에 출력하는 제어 블럭으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 제어 블럭은, 상기한 에러 앰프(40)에서 출력한 전류(Iin)를 적분기(1/SC)에서 적분하여 전압으로 바꾼 신호를 입력받아서, 전류로 변환하여 출력하는 VCCS(51)와, 상기한 VCCS(51)의 출력 신호(i1)와, 기준 전류(Iref[Rt])와, 상기한 전자식 안정기(32)에서 출력되어 저항 블럭(1/RL)을 거친 신호(ie)을 합하거나 빼서 출력하는 제3가감기(52)와, 상기한 제3가감기(52)로부터 입력된 신호(it)가 내부와 연결된 커패시터(Ct)에 차지되어 상기한 전자식 안정기(32)로 출력하는 제어 주파수(f1)를 결정하는 오실레이터와 출력 드라이버(53)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 디밍 제어기는, 베이스 단자로 외부에 있는 시간 제어기(34)의 출력(Vcs)을 입력받고, 콜렉터 단자로 전류(id3)를 입력받는 제1트랜지스터(Q1)와, 상기한 제1트랜지스터(Q1)의 에미터 단자에 한쪽단이 연결된 제1저항(R1)과, 콜렉터 단자가 상기한 제1저항(R1)의 다른 한쪽단과 연결되어 있고, 이 콜렉터 단자로 전류(id1)를 입력받는 제3트랜지스터(Q3)와, 에미터 단자가 상기한 제1트랜지스터(Q1)의 콜렉터 단자에 연결된 제4트랜지스터(Q4)와, 에미터 단자와 베이스 단자가 각각 상기한 제4트랜지스터(Q4)의 에미터 단자와 베이스 단자에 연결되고, 콜렉터 단자에서 외부에 있는 제1 가감기(37)로 전류(id=id4)를 출력하는 제5트랜지스터(Q5)와, 베이스 단자가 상기한 제4트랜지스터(Q4)의 콜렉터 단자에 연결되고, 에미터 단자가 상기한 제4트랜지스터(Q4)의 베이스 단자와 상기한 제5트랜지스터(Q5)의 베이스 단자에 연결되며, 콜렉터 단자가 접지된 제6트랜지스터(Q6)와, 콜렉터 단자가 상기한 제4트랜지스터(Q4)의 콜렉터 단자와 상기한 제6트랜지스터(Q6)의 베이스 단자에 연결되어 있고, 이 콜렉터 단자로 전류(id2)를 입력받으며, 베이스 단자에 비교 전압(Vr2)이 연결되고, 에미터 단자가 상기한 제3트랜지스터(Q3)의 콜렉터 단자에 연결된 제2트랜지스터(Q2)와, 베이스 단자와 에미터 단자가 각각 상기한 제3트랜지스터(Q3)의 베이스 단자와 에미터 단자에 연결되고, 콜렉터 단자가 상기한 제5트랜지스터(Q5)의 콜렉터 단자와 외부에 있는 제1 가감기(37)에 연결된 제7트랜지스터(Q7)와, 베이스 단자와 에미터 단자가 각각 상기한 제7트랜지스터(Q7)의 베이스 단자와 에미터 단자에 연결되고, 콜렉터 단자가 베이스 단자에 연결된 제8트랜지스터(Q8)와, 에미터 단자가 상기한 제5트랜지스터(Q5)의 에미터 단자와 연결되고, 콜렉터 단자가 상기한 제8트랜지스터(Q8)의 콜렉터 단자에 연결된 제9트랜지스터(Q9)와, 베이스 단자와 에미터 단자가 각각 상기한 제9트랜지스터(Q9)의 베이스 단자와 에미터 단자에 연결된 제10트랜지스터(Q10)와, 에미터 단자가 상기한 제9트랜지스터(Q9)의 베이스 단자와 상기한 제10트랜지스터(Q10)의 베이스 단자에 연결되고, 베이스 단자가 상기한 제10트랜지스터(Q10)의 콜렉터 단자에 연결되며, 콜렉터 단자가 접지된 제11트랜지스터(Q11)와, 한쪽단이 상기한 제10트랜지스터(Q10)의 콜렉터 단자와 상기한 제11트랜지스터(Q11)의 베이스 단자에 연결되고, 다른 한쪽단은 상기한 제8트랜지스터(Q8)의 에미터 단자에 연결된 저항(Rd)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기한 제1저항(R1)은, 제4주기에서 전류의 증가하는 기울기를 결정하며, 상기한 제1저항(R1)이 클수록 전류의 기울기는 더욱 완만해 지는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기한 제4주기에서, 전류 id3가 비례적으로 증가하고 전류 id2는 비례적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기한 제4주기 이후에, 전류 id3가 전류 id1과 같아지면, 각 전류간의 다음의 식이 성립하는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 시스템.
    id = id4 = id3 = id1, id2 =0
  7. 제1주기 동안, 시간 제어기에 의해 소프트 스타트 제어기의 출력 신호가 증가하여 곱셈기의 출력 신호가 감소하고, 이에따라 전자식 안정기가 소비하는 전류가 감소하는 예열 단계와, 상기 예열 단계 후에, 제2주기 동안, 소프트 스타트 제어기의 출력 신호가 (-) 기울기로 감소하는 방전 단계와, 상기 방전 단계 후에, 제3주기 동안, 소프트 스타트 제어기의 출력 신호가 0(Zero)이 되도록 하여, 전자식 안정기가 소비하는 전류가 최대로 증가하는 방전 유지 단계와, 상기 방전 유지 단계 후에, 제4주기 동안, 디밍 제어기의 출력 신호를 (+) 기울기로 증가시켜, 다시 곱셈기의 출력 신호를 감소시키고, 제5주기에는 디밍모드에 맞는 소모 전력을 (-) 기울기로 감소시키도록 제어 주파수가 제어되는 디밍 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기의 연속 피드백 제어 방법.
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