KR0168019B1 - 소프트 스타트형 전자식 안정기 - Google Patents

Abstract

공진 인덕터와 공진 커패시터를 구비한 방전등과, 교류를 정류한 적류 전압원의 양단에 연결되어 상기 방전 등에 교류를 인가하는 한쌍의 스위칭 소자와, 상기 한 쌍의 스위칭 소자와 고주파 스위칭 동작에 의해 발생되는 공진 인덕터에 흐르는 공진 전류에 의해 방전 등을 구동하는 하트 브릿지형 인버터 회로부, 및 상기 공진 인덕터에 흐르는 공진 전류의 변화를 검출하여, 방전개시 전에는 상기 한 쌍의 스위칭 소자를 공진 주파수보다 높은 주파수로 스위칭시키고 방전개시 후에는 상기 스위칭 소자를 낮은 주파수로 스위칭시키도록 상기 인버터 회로부를 제어하는 소프트 스타트 스위칭 제어부를 구비하여, 공진 전류 제어를 통한 일정한 방전 개시 전압을 주는 것으로 방전 등의 수명을 연장할 수 있는 방전 등의 전자식 안정기에 관한 것이다.

Description

소프트 스타트형 전자식 안정기

본 발명은 방전 등의 전자식 안정기에 관한 것으로서, 특히 공진 전류 제어를 통해 주위 온도에 관계없이 일정한 방전 개시 전압을 주어 방전 등의 수명을 연장시킬 수 있는 소프트 스타트형 전자식 안정기에 관한 것이다.

일반적으로 방전등에서 안정기가 하는 역할은 크게 두 가지로 나누는데 그 중 하나는 초기에 방전 등에 충분히 높은 전압을 인가하여 방전 개시를 시키기 위한 것이고, 두 번째는 방전 등의 부성저항 특성을 보상하여 안정적인 방전을 이루기 위해 임피던스 성분을 직렬로 추가하는 것이다.

주로 쵸크 인덕터를 이용하는 재래식 안정기에 비해 전자식 안정기는 고주파의 전원을 방전 등에 인가함으로써, 방전의 연속성을 이루어 광 효율이 좋아지고, 작은 인덕터로도 큰 임피던스가 가능하므로 무게와 부피가 작아진다.

이러한 전자식 안정기에는 병렬 공진형 방식이라고 하는 전류원 방식과 직렬 공진형 방식이라고 하는 전압원 방식으로 크게 나눌 수 있으며, 전류원 방식(병렬 공진형)은 영전압 스위칭 방식으로 동작하고, 전압원 방식(직렬 공진형)은 주로 영전류 방식으로 동작되며, 이러한 영전압이나 영전류 방식의 스위칭 동작을 추구하는 이유는 스위칭 소자의 스위칭 손실을 최소화하기 위함이다.

여기에서, 본 발명은 전압원 방식을 사용하는 전자식 안정기에 해당된다.

상기와 같이 동작되는 방전등은, 방전 램프를 켜기 위해서 램프에 방전을 개시하는 초기 전압을 인가하여야 하는데 그 방전 등의 초기 방전개시 전압이 봉입가스와 필라멘트 등의 주위 온도에 따라 크게 변하며, 방전개시 전압이 클수록 방전 등의 수명이 단축된다.

즉, 종래에는 방전 등에 인가되는 초기 방전개시 전압은 봉입 가스와 필라멘트의 온도에 따라 달라지며, 봉입 가스와 필라멘트의 온도가 낮을수록 방전 등의 수명이 단축되고, 봉입가스와 필라멘트의 온도에 따라 방전 등의 수명도 달라지므로 방전 등의 수명과 품질 예측 및 관리가 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 공진 전류의 제어를 통해 주위 온도에 상관없이 일정한 저전압을 방전등으로 계속적으로 인가하여 봉입 가스와 필라멘트를 예열한 후 일정한 전압에서 방전을 개시함으로써, 방전 등의 수명을 연장을 할 수 있는 소프트 스타트형 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 공진 인덕터와 공진 커패시터를 구비한 방전등과, 교류를 정류한 직류 전압원의 양단에 연결되어 상기 방전 등에 교류를 인가하는 한 쌍의 스위칭 소자와, 상기 한 쌍의 스위칭 소자와 고주파 스위칭 동작에 의해 발생되는 공진 인덕터에 흐르는 공진 전류에 의해 방전 등을 구동하는 하트 브릿지형 인버터 회로부; 및 상기 공진 인덕터에 흐르는 공진 전류의 변화를 검출하여, 방전개시 전에는 상기 한 쌍의 스위칭 소자를 공진 주파수보다 높은 주파수로 스위칭시키고 방전개시 후에는 상기 스위칭 소자를 낮은 주파수로 스위칭시키도록 상기 인버터 회로부를 제어하는 소프트 스타트 스위칭 제어부를 구비한다.

제1도는 본 발명에 의한 소프트 스타트형 전자식 안정기의 회로도이고,

제2도는 본 발명에 따른 소프트 스타트형 전자식 안정기의 동작 파형도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 스위치 구동부 100 : 인버터 회로부

110 : 클록 발생수단 120 : 전류 검출부

130 : 전압 설정부 140 : 트리거 플립-플롭

150,160 : 버퍼 200 : 소프트 스타트 제어부

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

제1도는 본 발명에 따른 전자식 안정기의 구성도로서, 방전 등을 점등하기 위한 인버터 회로부(100) 및 인버터 회로부(100)를 제어하는 소프트 스타트 스위칭 제어부(200)로 구성된다.

상기 인버터 회로부(100)는, 제4노드(node4)와 접지 사이에 구비되어 입력 전압을 충전하는 입력 커패시터(Cin)와, 상기 제어부에서 출력된 제어신호에 의하여 교대로 제1 및 제2스위치 구동 신호를 발생하는 스위치 구동부(10)가 있다.

또한, 상기 제4노드(node4)와 제3노드(node3)사이에 구비되고 상기 스위치 구동부(10)의 출력신호에 응답하여 전류통로를 형성하는 제1스위치(SW1)와, 제3노드(node3)와 접지 사이에 구비되고 상기 스위치 구동부(10)의 출력신호에 응답하여 전류통로를 형성하는 제2스위치(SW2)가 있다.

상기 제3노드(node3)와 제5노드(node5)사이에 직렬 연결된 공진 인덕터(Lr)와 방전등(Lamp)이 있으며, 상기 방전 등에 직렬 연결된 공진 커패시터(Css)가 있다.

상기 제4노드(node4)와 제5노드(node5)사이에 제1커패시터(Cr1)가 있으며, 상기 제5노드(node5)와 접지 사이에 제2커패시터(Cr2)가 있다.

상기 소프트 스타트 스위칭 제어부(200)는, 외부로부터 인가되는 기준전압(Vref)을 축적하고 제1노드(node1)의 전위가 축적된 기준전압(Vref)보다 상승하는 것을 방지하기 위한 전압 설정부(110)와, 상기 인버터 회로부(100)의 공진 전류(ILr)를 검출하여 설정한 기준전류(Vref)와 비교 적분한 후 상기 제1노드(node1)로 출력하는 전류 검출부(120)가 있다.

또한, 상기 제1노드(node1)의 전위 변동에 따라 반비례하는 클록신호를 발생하는 클록발생수단(130)이 있고, 상기 클록 신호에 응답하여 트리거 신호를 출력하는 트리거 플립-플롭(140)이 있으며, 상기 트리거 신호(Q)와 트리거 바(QB)신호를 버퍼링하여 상기 인버터 회로부(100)에 출력하는 제1 및 제2버퍼(150,160)로 구성된다.

상기 전압 설정부(110)는 기준전압 인가 단자(115)와 제2노드(node2)사이에 연결된 제3저항(R3)과, 상기 제2노드(node2)와 상기 제1노드(node1)에 연결된 다이오드(D) 및 상기 제2노드(node2)와 접지 사이에 연결된 제3커패시터(C3)로 구성한다. 그리고, 상기 다이오드(D)는 제2노드(node2)의 전류가 제1노드(node1)로 유입되는 것을 방지하기 위한 방향으로 설치된다.

또한, 상기 전류 검출부(120)는 소정의 기준전류(Vref)가 비반전 단자로 입력되고 제3노드(node3)의 전류가 반전 단자로 입력되는 연산증폭기(125)와, 상기 제3노드(node3)와 접지 사이에 연결된 제1저항(R1)과, 상기 제3노드(node3)와 상기 연산증폭기(125)의 반전 단자 사이에 연결된 제2저항(R2) 및 상기 연산 증폭기(125)의 반전 단자와 출력 단자 사이에 연결된 피드백 커패시터(Cf)로 구성된다. 즉, 상기 전류검출부(120)는 적분기로 이루어져 있어 연산증폭기(125)의 비반전 단자로 입력되는 기준전류(Vref)와 연산증폭기(125)의 반전 단자로 입력되는 공진 전류(ILr)를 상호 비교하여 적분함으로써, 제1노드(node1)의 전위를 변화시킨다.

상기와 같은 구성으로 제2a도와 같이 초기에 상기 제1노드(node1)의 전압을 영(Zero)으로 하여 동작을 개시하면, 상기 클록발생수단(130)은 주어진 범위 안에서 최대 주파수로 클록을 발생하여 상기 스위치 구동부(10)에 전달하며, 상기 제1노드(node1)의 전압이 상기 기준전압(Vref)까지 점차 증가함에 따라 클록발생수단(130)은 점차 주파수를 낮추어 간다.

이러한 스위칭 주파수가 상기 인버터 회로부(100)의 공진 회로에서 발생하는 공진 주파수보다 높을 경우에는, 상기 스위칭 주파수가 낮아질수록 공진 전류(ILr)는 상기 전류 검출부(120)의 기준전류(Iref)까지 증가하며, 상기 기준전류(Iref)까지 증가된 상기 공진 전류(ILr)에 의해 상기 제1노드(node1)의 전압(Vc)을 일정한 전위로 유지하도록 하여 제2b도의 t1 이후의 파형도와 같이 방전등(Lamp)에 인가되는 공진 전류(ILr)를 일정하게 한다.

방전 개시전에 방전등(Lamp)의 저항은 거의 개방 상태(open)에 가까우므로 공진 전류(ILr)는 공진 커패시터(Css)를 통해 흐른다고 할 수 있으며, 이때 상기와 같이 공진 전류(ILr)를 일정하게 하면, 상기 공진 커패시터(Css)에 일정한 전압이 흐르게 된다. 상기 공진 커패시터(Css)에 흐르는 전압은 상기 방전 등의 전압(Vlamp)과 같으므로 결국 방전 등에 일정한 전압이 인가되는 것과 같다.

즉, 상기 공진 커패시터(Css)를 적절히 정하는 것에 따라 원하는 방전개시전압을 얻을 수 있다.

또한, 방전개시 후에는 방전 등의 저항이 급격히 작아지므로 일정한 공진 전류(ILr)가 흘러도 공진 커패시터(Css)로 가는 전류보다 방전등으로 흐르는 전류가 더 많아져 방전 등의 전압 및 스위칭 주파수는 제2c도의 t2 이후의 파형도와 같이 감소하게 되며, 제2a도의 t2 이후와 같이 스위칭 주파수가 낮아짐에 따라 전류 검출부(120)의 이득이 증가하며, 전압 설정부(110)에 의해 출력단(Vc)의 전위가 제2노드(node2) 즉, 전압 설정부(110)의 기준전압(Vref)보다 상승하지 못한다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는, 공진 전류를 일정하도록 제어하는 것을 통해 주위 온도에 관계없이 일정하게 낮은 방전 개시 전압을 주어 방전 등의 수명을 연장할 수 있다.

Claims (4)

1. 공진 인덕터와 공진 커패시터를 구비한 방전등과, 교류를 정류한 직류 전압원의 양단에 연결되어 상기 방전 등에 교류를 인가하는 한 쌍의 스위칭 소자와, 상기 한 쌍의 스위칭 소자와 고주파 스위칭 동작에 의해 발생되는 공진 인덕터에 흐르는 공진 전류에 의해 방전 등을 구동하는 하트 브릿지형 인버터 회로부; 및 상기 공진 인덕터에 흐르는 공진 전류의 변화를 검출하여, 방전개시 전에는 상기 한 쌍의 스위칭 소자를 공진 주파수보다 높은 주파수로 스위칭시키고 방전개시 후에는 상기 스위칭 소자를 낮은 주파수로 스위칭시키도록 상기 인버터 회로부를 제어하는 소프트 스타트 스위칭 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 소프트 스타트형 전자식 안정기.
2. 제1항에 있어서, 상기 소프트 스타트 스위칭 제어부는, 상기 인버터 회로부의 공진 전류를 검출하여 설정한 기준 전류와 상호 비교하고 적분하는 전류 검출부; 상기 전류 검출부의 출력단의 전위가 설정한 기준전압 이상으로 상승되는 것을 방지하기 위한 전압 설정부; 상기 전류 검출부의 출력단의 전위 변동에 따라 주파수가 반비례하는 클록신호를 발생하는 클록발생수단; 상기 클록 신호에 응답하여 트리거 신호를 출력하는 트리거 플립-플롭; 및 상기 트리거 신호와 트리거 바 신호를 버퍼링하여 상기 인버터 회로부에 출력하는 제1 및 제2버퍼로 구성된 것을 특징으로 하는 소프트 스타트형 전자식 안정기.
3. 제2항에 있어서, 상기 전류 검출부는, 공진 인덕터와 접지 전압 사이에 형성된 저항; 및 상기 공진 인덕터와 저항 사이에 흐르는 전류와 설정한 기준전압을 제공받아 비교한 후 적분하는 적분기를 구비한 것을 특징으로 하는 소프트 스타트형 전자식 안정기.
4. 제2항에 있어서, 전압 설정부는, 설정한 기준 전압 입력단자와 접지전압 사이에 직렬 연결된 저항 커패시터; 및 상기 전류 검출부의 출력단과 상기 전압 설정부의 저항과 커패시터 사이에 설치되어 전압 설정부의 전류가 전류 검출부의 출력단으로 유입되는 것을 방지하고, 전류 검출부의 출력단의 전위가 전압 설정부의 설정 기준전압보다 상승되는 것을 방지하기 위한 다이오드를 구비한 것을 특징으로 하는 소프트 스타트형 전자식 안정기.