KR0156909B1 - 과도 보호 회로와 스위치된 모드전력 변환기 및 형광 램프 유니트 - Google Patents

과도 보호 회로와 스위치된 모드전력 변환기 및 형광 램프 유니트 Download PDF

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Abstract

D.C. 전압원용 과도 현상 보호 회로는 전원의 공급선(11,12)상에서 생성된 과도 에너지를 흡수하는 캐패시터 (C2)등의 수단을 구비한다.
영구 접속된 대용량의 캐패시터를 갖춘 상기 전압원에 부하를 걸지않고 그와 같은 보호를 하기 위해, 과도 에너지 흡수 수단(C2)은 과도 현상의 발생동안 도전하는 전압 응답 소자(D1)를 통해 공급선(11,12)과 병렬로 간접 접속된다.

Description

과도 현상 보호 회로와 스위치 모드 전력 변환기 및 형광 램프 유니트
제1도는 본 발명에 따라 접속된 기본적인 과도 현상 보호 회로와 협조하는 D.C. 전원의 일부를 도시한 부분 블럭도.
제2도는 본 발명에 따라 접속된 과도 현상 보호 회로와 협조하는 스위치 모드 전력 변환기의 개략도.
제3도는 제2도의 회로의 개량된 회로의 도시도.
제4도는 제3도의 회로와 협조하는 형광 램프 유니트를 도시한 부분 블럭도.
제5도는 과도 현상 보호 회로와 협조하는 형광 램프 유니트의 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 정류기 11,12 : 공급선
13 : 스위치 모드 전력 변환기 16 : 전압 클램프
18 : 형광 튜브 20 : 삽입 접속기
본 발명은 D.C. 전압원용 과도 현상 보호 회로, 및 이 과도 현상 보호 회로를 포함하고 있는 스위치 모드 전력 변환기에 관한 것이다.
고전압 과도현상의 발생이 그것으로부터 전력을 공급받는 회로에 파괴적인 영향을 미칠 수 있는 경우에 대처하기 위해 많은 D.C. 전원 요구조건이 존재한다. 이러한 것은 특히 집적회로로 구현된 반도체 회로의 경우에 특별한 문제로 된다. A.C. 전원이 정류후 회로에 공급되고, 대용량의 캐패시터가 D.C. 공급선 양단에 직접 접속될 수 없는 경우, 이러한 캐패시터의 평활화 작용은 손실되고, 주전압의 요동(fluctuations) 및 과도현상을 줄이기 위해 다른 수단이 요구된다. 이것의 일예로서, 백열전구에 대한 형광 램프 대체물의 전원에 사용되는 것과 같은 스위치 모드 전력 변환기를 들 수 있다.
제너 다이오드와 바리스터(varistor) 또는 개스방전 소자를 이용하여 D.C. 전원 전압을 제한되는 것이 공지되어 있지만, 이러한 것들은 기생적 과도현상의 존재에서 채대 클램프된 전압을 실제 허용 가능한 한도까지 감소시킬 수 없다.
본 발명은 전술한 문제점에 대한 해결책을 제공하고자 한다.
본 발명에 따르면, D.C. 전압원용 과도 현상 보호 회로가 제공되고, 전원 공급선상에 생성된 과도 에너지를 흡수하는 수단을 포함하는 이 보호회로는, 상기 전원 공급선 중 하나가 저항 소자를 통해 제공되고, 과도 에너지를 흡수하는 수단은 과도현상의 발생동안 도전하는 전압 응답 소자를 통해 공급선들과 병렬로 간접적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.
전압 응답 소자는 과도현상 발생동안에 도전되고 그후에는 도전되지 않으므로, 과도 에너지는 전원 공급선으로부터 발산되고, 과도 전압은 저항 소자 양단에서 전압강하되어, 전압 공급선 전압을 안정화시킨다.
전압 응답 소자는 과도 현상 발생 동안에 도전되는 다이오드로 구성될 수도 있다. 이러한 다이오드의 사용은 보호 회로의 응답 시간을 빠르게 해준다.
과도 에너지를 흡수하는 수단은 캐패시터로 구성될 수 있다. 저장된 과도 에너지를 위한 방전 경로를 제공하기 위해 저항이 캐패시터와 병렬로 양호하게 결합된다. 캐패시터는 유리하게 D.C. 전원 공급선으로부터 공급되는 다른 회로에서 이용될 수 있으며, 이 캐패시터는 이 다른 회로내에서 본래 자신의 역할 뿐만 아니라 과도 에너지를 흡수하기 위한 수단으로서도 작용한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 스위치-모드 전력원은 이전에 한정된 것 같은 보호 회로에 의해 특정지어진다. D.C. 전원 공급선중 하나의 공급선은, 다른 전원 공급선에 접속된 캐패시턴스에 공급되는 다이오드가 뒤를 잇는 인덕터의 직렬 배열을 포함하고, 인덕터와 다이오드 사이의 전원 공급선내의 한 점을 다른 전원 공급선과 반복적으로 접속하는 스위칭 수단을 포함하며, 전원 응답 소자가 인덕터와 다이오드를 바이패스 하도록 배열되고 직렬 배열의 캐패시턴스가 과도전류를 흡수하는 수단을 형성하는 것을 특징으로 한다.
스위칭 트랜지스터는 과도 전압 발생의 소정 시간 간격내에서 해당 트랜지스터가 턴 오프되도록 바이어스되기 위해 인덕터 이전에 D.C. 전원 공급선에 직렬로 결합될 수도 있다.
본 발명은 또는 이전에 한정된 바와 같은 스위치 모드 전력 변환기와 형광 튜브의 조합으로 특징지어진 형광 램프 유니트를 포함한다. 이러한 것들은 백열전구용 소켓과 착탈가능한 전기적 결합을 허용하는 접속기부가 설치되어 있는 하우징에서 용호하게 집적된다. 또한, 스위치-모드 전력 변환기는 착탈 가능한다. 램프를 수용하는 소켓 또는 발광기(luminaire)에 제공될 수 있다.
본 발명과 다양한 다른 양호한 특성이 더 쉽게 이해되도록 하기 위해 몇몇의 실시예가 첨부된 도면을 참고로 하여 설명될 것이다.
제1도는 230볼트의 A.C. 주전원에 연결하기 위한 입력 I/P 를 갖는 정류기(10)를 포함하는 D.C. 전원 유니트를 도시한 것이다. 정류기의 출력은 공급선(11,12)을 통해 회로(13)에 접속되고, 이 회로는 공급선으로부터 전력 공급된다.
회로(13)는 입력과 병렬로 접속된 캐패시터 C1 을 가지지만, 이 캐패시턴스는 작은 값이므로, 과도 현상에서 기인한 실질적인 전압 요동으로부터 회로를 보호하기에 적당하지 못하다.
과도 현상 보호 회로는 공급선(11,12)사이에서 직렬 연결된 다이오드 D1의 직렬 배열과 캐패시터 C2 로 형성되고 캐패시터 C2에는 저항 R2가 병렬연결되고, 정류기(10)로의 입력선 중 하나에는 저항 R1이 직렬 연결된다. 도면에서 알 수 있듯이, 다이오드 D1은 순방향 바이어스되어, 주 전원이 접속될 때 초기 충전전류가 다이오드 D1을 통해 캐패시터 C2로 공급되고, 그 결과 다이오드는 비도전 상태가 된다. 따라서, 캐패시터(C2)는 공급선상에서 영구적인 부하를 구성하지 않으며 간접적으로 접속된다.
캐패시터(C2)가 충전되고, 정규의 전압 공급 상태하에서 공급선 양단의 유효 용량성 부하가 작을 때 캐패시터 C1에 의해서만 구성된다. 그러나, 과도 현상이 발생할 때, 다이오드 D1는 도전하고, 캐패시터 C2는 회로에서 접속된다. 저항 R1과 캐패시터 C1는 캐패시터 C2에 의한 과도 에너지의 흡수로 인해 R1 양단의 과도전압 강하가 발생하고 공급선(11,12)사이의 전압이 큰 영향을 미치지 않는다는 점에서 과도 전압에 대해 필터를 효과적으로 형성한다. 그후 캐패시터 C2에 저장된 과도 에너지는 저항 R2을 통해 방전된다.
제2도를 고려해볼 때, 제1도의 회로는 이제 스텝 업(stepped up)전압을 제공하는 스위치 모드 전력 변환기로 구성된 보호될 회로와 협조한다. 변환기는 정류기(10)는 출력으로부터 양의 전압 공급선(11)에서 다이오드 D2와 직렬로 접속된 인덕터 L를 포함하고 있다. 인덕터 L와 다이오드 D2의 접점은 NPN 스위칭 트랜지스터 T1의 콜렉터 전극에 접속되고, 이 트랜지스터의 에미터 전극은 음의 전압 공급선(12)에 접속된다. 이 트랜지스터의 베이스 전극은 반복적 스위칭 온-오프가 공지된 방법으로 주 공급 전압보다 더 큰 스텝 업 전압을 유도시키도록 하는 주기적인 스위칭 전압원(도시되지 않음)에 접속된다. 스텝 업된 전압은 출력 o/p을 통해 D.C./A.C. 전력 변환기 및 형광 튜브와 같은 부하로 출력된다.
제2도에서, 다이오드 D1는 인덕터 L과 다이오드 D2의 직렬 배열을 과도현상 보호 회로의 캐패시터를 구성하는 현존의 캐패시터 C1에 대해 브리지 접속한다. 과도 현상이 주전압원에서 발생할 때, 인덕터 L양단의 과도 전압은 캐패시터에 대한 과도 전류의 발산 및 저항 R1 양단의 전압 강하로 인해 제한되고 인덕터는 포화되지 않는다.
제3도는 제2도의 회로의 개량된 회로를 도시한 것이다. 이러한 회로에서, 절연된 게이트 전계효과 트랜지스터(IGFER) T2의 소스-드레인 경로는 공급선(11)에 접속된다. 이 트랜지스터의 게이트 전극은 적절한 바이어스(도시되지 않음)에 접속되고, 트랜지스터는 과도 현상에 응답하여 턴-오프되도록 배열된다. 이러한 개량된 회로는 본 출원과 같은 날자에 출원되어 과잉전압 보호회로란 명칭으로 출원된 미국 특허출원 제 449,633호의 주제이며, 이 특허의 내용은 본원에서 참조하고 있다.
제4도의 회로는 제3도를 기초로 하여 형광램프 드라이브 회로를 형성하는 전체회로를 도시하며, 이것은 상업용 및 가정용을 전제로 백열전구와 대체시키는 소형의 집적화된 램프 유니트에서 이용될 수 있다.
주 전원 입력에는 전압 클램프 및 정류기 회로(16)가 접속되어 있다. 전압 클램프는 전압 종속 저항 VDR 과 저항 RD의 직렬 배열로 형성된다. 상기의 VDR은 실선으로 도시된 바와 같이 정류기 회로 R의 출력과 병렬로 접속될 수 있으며, 그렇지 않으면 점선으로 도시된 바와 같이 정류기 회로 R의 입력과 병렬로 접속될 수 있다. 이러한 것은 적절한 보호 구성소자의 상대적인 가격과 집적화 공정에 의존한다. 부분적으로 평활화된 전압은 저항의 양단에서 생성되고, 이 전압은 정류기와 필터 회로에 공급되며, 그 출력은 공급선(11,12)에 접속되어, 궁극적으로는 전압 스텝 업 회로를 통해 형광 튜브(18)를 보유하고 있는 부하에 전력을 공급하도록 접속된다. 이러한 배열에서, T2의 드레인 전압을 제외한 모든 전압은 VDR 클램프 양단에서 발생하는 전압에 대응하여 제한된다. 클램프(16)와, R2, T, D1 및 C1에 의해 유도된 지연을 과도현상의 발생과 트랜지스터 T2의 턴-오프 사이에서 더 긴 지연시간을 허용해 준다.
전압 클램프에 대한 동작 상태는 이러한 클램프가 정류기 브리지 뒤에 배치될 때 향상될 수 있으며(저열화; less degradation), 이것은 IC상에 부과된 전압 요구 조건을 덜 엄격하게 할 수 있다. 이러한 장치는 본 발명의 범위내에서 있도록 의도된 것이다. 그러나, 이러한 장치의 결점은 정류기 브리지가 과도 전류를 조절할 수 있어야만 한다는 것이다.
저렴한 소형의 전자 안정기와 같은 응용에서 이용 가능한 축척 용량은 적은데, 예를 들면 1 암페어 이하의 포화전류 Isat 에 대해 수십 mH 및 10 μF 이하임을 이해해야만 한다. 직렬 트랜지스터 T2를 턴-오프시키는데 필요한 시간은 전원을 주 정현파의 제로 교차점 근방에 유지하기 위해 필요한 캐패시터 C1 의 값에 의존한다. 직렬 트랜지스터 T2의 전압 출력은 인덕터 C가 다이오드 D1에 의해 효과적으로 바이패스되기 때문에 서서히 증가하게 되므로, 전압이 과잉 값에 도달하기 전에 충분한 시간이 직렬 트랜지스터 T2를 턴-오프시키는데 이용될 수 있다. 따라서, 직렬 트랜지스터 발산이 제한된다.
제5도는 백열 전구용으로 이용되는 소켓에서 램프를 착탈가능하게 접속하기 위한 삽입(bayonet) 접속기(20)를 갖는 베이스(19)를 포함하는 형광 램프 유니트의 측면도를 도시한 것이다. 이러한 베이스 유니트는 제1도 내지 제4도 관련하여 기술된 바와 같은 회로와, 이 회로를 위한 부하를 형성하는 형광 튜브(21)를 포함하며, 이 튜브는 하우징(22)내에 포함되어 있다.

Claims (14)

  1. 전원의 공급선(11,12)상에서 생성된 과도 에너지 흡수하는 수단(C2)을 포함하고 있는 D.C. 전압원용 과도 현상 보호 회로에 있어서, 상기 공급선중 하나의 공급선(11)이 저항 소자(R1)를 통해 공급되고, 상기 과도 에너지 흡수 수단(C2)은 과도 현상의 발생동안 도전하는 전압 응답 소자(D1)를 통해 공급선(11,12)과 병렬로 간접 접속되는 것을 특징으로 하는 과도 현상 보호 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압 응답 소자는 다이오드(D1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 과도 현상 보호 회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 과도 에너지 흡수 수단은 캐패시터(C2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 과도 현상 보호 회로.
  4. 제3항에 있어서, 저항(R2)이 상기 캐패시터(C2)에 병렬접속되어 상기 캐패시터를 위한 방전경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 과도 현상 보호 회로.
  5. 제3항에 있어서, 캐패시터(C1)는 D.C. 전원 공급선으로부터 공급되는 다른 회로(15)의 성분이고, 상기 캐패시터는 다른 회로(15)에서의 자신의 역할 뿐만 아니라 과도 에너지를 흡수하는 수단으로도 작용하는 것을 특징으로 하는 과도 현상 보호 회로.
  6. 한쌍의 D.C. 전원 공급선(11,12)을 가지며, 제1항에서 청구된 보호 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전력 변환기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 D.C. 전원 공급선중 하나의 공급선(11)은, 다른 공급선(12)과 결합된 캐패시턴스(C1)에 전력을 공급하는 다이오드(D2)가 뒤따르는 인덕터(L)의 직렬배열과, 인덕터(L)및 다이오드(D2) 사이의 공급선(11)내의 한 점을 다른 공급선(12)에 반복적으로 접속하는 스위칭 수단(T1)을 포함하고, 전압 응답소자(D1)는 인덕터와 다이오드를 바이패스시키도록 배열되고, 상기 직렬 배열의 캐패시턴스(C1)는 과도 전류를 흡수하기 위한 수단을 형성하는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전력 변환기.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 스위칭 트랜지스터(T2)는 인덕터(L) 이전의 상기 D.C. 공급선(11)에 직렬로 결합되고, 과도전압 발생의 선정된 시간 간격내에서 턴-오프되도록 바이어스 되는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전력 변환기.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 D.C. 전원 공급선(11,12)에 각기 연결된 한쌍의 출력선과 A.C. 전원에 연결하기 위한 한쌍의 입력을 가지며, 이 입력선 및 출력선 중 하나는 직렬 저항 소자(R1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전력 변환기.
  10. 제8항에 있어서, 전압 클램프(16)가 직렬 저항뒤에 제공되는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전력 변환기.
  11. 제8항에 있어서, 전압 클램프(16)가 정류기 회로의 출력단자 양단에 제공되는 것을 특징으로 하는 스위치 모드 전력 변환기.
  12. 제6항 또는 제7항에서 청구된 스위치 모드전력 변환기와 형광 튜브(18)의 조합을 특징으로 하는 형광 램프 유니트.
  13. 제12항에 있어서, 상기 스위치 모드 전력 변환기와 상기 튜브(21)는, 백열 전구용 소켓과 착탈가능하게 전기적으로 결합되도록 하는 접속기부(20)가 설치되어 있는 하우징(22)내에 집적되는 것을 특징으로 하는 형광 램프 유니트.
  14. 제12항에 있어서, 상기 스위치 모드 전력 변환기는 착탈가능한 형광 튜브를 수용하도록 되어있는 램프 소켓 또는 발광기 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 형광 램프 유니트.
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