KR100208803B1

KR100208803B1 - 전자 안정기 회로

Info

Publication number: KR100208803B1
Application number: KR1019960044568A
Authority: KR
Inventors: 이경근
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-11-10
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 1999-07-15
Also published as: US5786671A; KR970032299A; CN1157546A; CN1082331C

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

강압형 변환기를 가지는 전원 회로에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

다이오드 정류방식에 의한 고조파 전류의 발생을 억제하고, 피상전력대 유효전력의 비를 높일 수 있는 교류형 혹은 직류형 전자 안정기 회로를 제공함에 있다.

다. 발명의 해결방법의 요지

본 전자 안정기 회로는 교류형 혹은 직류형이며, 강압형 변환기의 다이오드 정류회로로 입력되는 전류에 많이 포함되어 있는 상용 주파수의 고조파 전류 성분을 최소화하기 위해 PWM제어부 및 역률개선회로를 채택한 것임을 특징으로 한다.

라. 발명의 중요한 용도

고조파 전류의 억제가 가능한 교류형 혹은 직류형 전자 안정기 회로를 구현하는 데 사용한다.

Description

전자 안정기 회로{HARMONIC CONSTRAIN CIRWIT IN ELECTRONIC STABILIZER}

본 발명은 전원 회로에 있어서 강압 변환기를 가지는 전자 안정기 회로에 관한 것으로, 특히 전원 입력단에서 발생하는 상용 주파수의 고조파 전류 성분을 최소화한 교류형 혹은 직류형 전자 안정기 회로에 관한 것이다.

강압 변환기를 가지는 전자 안정기 회로에는 여러 가지가 있으며, 램프 구동회로도 그 한 예이다. 상기 램프를 구동하기 위해서는 소정의 전원 공급이 이루어져야 하고, 그 제어방법은 다양하다. 램프를 이용하는 예는 여러 가지가 있겠으나, 액정표시기(LCD)로써 프로젝션(projection) TV를 구현할 때 상기 액정표시기에 필요한 빛을 발하도록 하기 위해 사용하는 램프도 그중 하나가 된다.

도 1은 종래의 교류형 램프 구동용 전자 안정기 회로를 나타낸 것으로, 그 구성 및 개략적인 동작을 설명하면 다음과 같다.

교류(AC) 입력 전원 VI가 퓨즈 F1과 코일 L1로 이루어진 필터부 11을 통과하여 전파정류부 12를 거치게 되면 제1직류전압 V_DC1이 발생한다. 단, 220V의 경우에는 전파 정류하고 110V이면 변환된 직류 전압을 높게 하기 위하여 배전압회로를 사용한다. 상기 전파 정류부 12는 브리지다이오드 D11∼D14, C11로 이루어진다. 전계효과트랜지스터(이하 FET라 함) Q1, 다이오드 D1, 코일 L2, 콘덴서 C1로 이루어진 통상적인 강압 변환부 13은 상기 전파정류된 직류전압의 펄스 폭을 변조하여 제2직류전압 V_DC2로 변화시킨다. 램프구동부 14는 FET Q2∼FET Q5로 구성되며, FET Q2 및 Q5, FET Q3 및 Q4 두 쌍은 소정의 제어를 받아 상호 배타적으로 동작한다. 다시 말해서, 전자가 온되면 후자는 오프되고 후자가 온되면 전자는 오프된다. 상기 램프구동부 14는 소정의 제어를 받아 고전압 트리거 발생 시간과 정상적인 상태일 때를 구분하여 상기 FET Q2∼FET Q5의 온/오프를 스위칭함으로써 램프 LP를 구동한다. 즉 고전압 트리거 발생 시간에는 FET Q2, Q5가 온되고 FET Q3, Q4가 오프되어 램프 LP에 제2직류전압 V_DC2가 인가되도록 한다. 그리고 정상적인 상태일 때에는 FET Q2, Q5와 FET Q3, Q4간의 온/오프를 반복 스위칭함으로써 램프 LP에 교류전압이 인가되도록 한다. 전력제어부 15는 PWM(Pulse Width Modulation)제어부 27과 궤환증폭기 28(연산증폭기를 사용할 수 있을 것 임.)과 저항 R34, R35 및 기준전압 Vref로 구성된다. 램프전류 감지전압 Vise와 제3직류전압 V_DC3을 궤환증폭하고 이로부터 온/오프 펄스 즉 펄스폭변조신호를 출력단을 통해 출력한다. 상기 펄스폭변조신호는 전술한 강압변환부 13의 FET의 온/오프 듀티(duty)를 제어함으로써 전자 안정기 회로의 전체 전력이 일정하게 유지되도록 한다. 저항 Rise는 상기 강압변환부 13의 평균 전류를 전압으로 변환시키는 전류 감지용 저항이다. 고전압 트리거(trigger)발생부 16은 두 승압 트랜스포머 T2, T3, 다이오드 D4, 콘덴서 C2, 방전관 S. G로 이루어져 상기 램프 LP가 초기에 방전을 일으키게 한다. 트리거구동부 17은 저항 R4, 콘덴서 C4, FET Q6으로 이루어져 상기 고전압 트리거발생부 16의 동작을 제어한다. 즉 제2 직류전압 V_DC2는 상기 저항 R4와 콘덴서 C4의 시정수에 의해 상기 콘덴서 C4에 충전된다. 이렇게 충전된 전하량은 상기 FET Q6이 온되는 순간 방전된다. 상기 콘덴서 C4에서 방전된 전압이 고전압 트리거 발생부 16의 트랜스포머 T3을 통하여 다이오드 D4를 통과 후 콘덴서 C2에 충전되도록 한다. 이와 같은 동작의 반복으로 상기 콘덴서 C2에는 높은 전위의 전하량이 충전되는데, 상기 콘덴서 C2의 양단에 일정한 크기의 전위차가 날 만큼 충전되면 방전관 S.G에서 순간적 단락(short) 상태의 스파크(spirk) 전류가 흐르게 된다. 그래서 상기 콘덴서 C2에 충전된 전하량은 승압 트랜스포머 T2의 1차측 코일을 통과하여 짧은 시간에 방전을 하게 된다. 그러므로 상기 트랜스포머 T2의 2차측 코일에는 순간적 고전압 펄스가 유기되며, 이 고전압 트리거 펄스는 램프 LP의 양단에 고전압을 발생시킨다. 결국, 상기 램프 LP에서는 상기 고전압 트리거 펄스에 의해 초기 방전이 일어나며 이어서 점등이 시작된다.

그런데 상기 램프 LP가 방전을 하기 전에는 상기 제1 및 제2직류전압 V_DC1, V_DC2가 같지만, 상기와 같이 램프 LP가 고전압 트리거에 의해 방전을 개시하면 상기 제2직류전압 V_DC2이 상기 제1직류전압 V_DC1보다 낮아진다. 이때 상기 전력제어부 15에서는 강압 변환부 13을 통하여 상기 제2직류전압를 상기 제1직류전압보다 낮추어 공급함으로써 상기 램프 LP에 흐르는 전류가 일정하게 유지되도록 한다.

상기 전자 안정기 회로는 교류 입력 전원을 전파정류부를 통하여 직류 전압으로 변환한다. 그런데 상기 전파정류부는 다이오드를 이용하기 때문에 입력 전류에 상용 주파수의 3차 및 5차 고조파 등 고조파 전류가 많이 포함되어 있다. 그러므로 이러한 고조파 전류의 억제가 필요하게 된다. 또한 강압 변환기에서 출력되는 전압()이 트리거 기간동안 상기 직류 전압과 같을 정도로 높게 일정 기간 유지되기 때문에 강압 변환기내에 구비된 콘덴서 C1이 높은 내전압 용량을 갖도록 해야 하는 모순이 있다. 더욱이 다이오드 정류회로레 따른 피상전력대 유효전력의 비가 0.5에서 0.65에 그치고 있는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 다이오드 정류방식에 의한 고조파 전류의 발생을 억제하고, 유효전력비를 높일 수 있는 교류형 혹은 직류형 전자 안정기 회로를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 교류형 램프 구동용 안정기의 전원회로의 구성도

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고조파 전류 억제가 가능한 교류형 램프 구동용 전자 안정기 회로의 구성도

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동작 파형도

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직류형 램프 구동용 전자 안정기 회로의 구성도

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 하기 설명에서는 구체적인 회로의 구성 소자 등과 같은 많은 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고조파 전류 억제가 가능한 교류형 램프 구동용 전자 안정기의 회로도로이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동작 파형도로서, (3A)는 입력 전원전압 VI이고, (3B)는 제1맥류전압 Vac이며, (3C)는 제1맥류전압 Vac에 따른 전류파형이고, (3D)는 제2직류전압의 파형이며, (3E)는 트리거 펄스 발생 기간이고, (3F)는 램프전류 감지전압의 파형이다.

상기 도 3을 참조하여 도 2에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 고조파 전류 억제형 전자 안정기 회로의 구성 및 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

입력되는 상용 교류 전압 VI가 필터부 11을 통과하여 맥류변환부 22의 브리지 다이오드 D11∼D14를 거치게 되면 제1맥류전압로 변환된다. 구체적으로, 상기 필터부 11은 통상의 입력부 필터로서 퓨즈 F1과 코일 L1로 이루어진다. 상기 상용 교류 전압 VI는 제3도 (3A)에 도시한 바와 같이 양방향성인데 반하여 상기 브리지 다이오드 D11∼D14에서 출력되는 상기 제1맥류전압 Vac는 (3B)에 도시한 바와 같이 단방향성이다.

강압 변환부 13은 FET Q1, 다이오드 D1, 코일 L2, 콘덴서 C1로 이루어지며, 상기 제1맥류전압 Vac를 펄스 폭 변조하여 강압된 전압 즉 제2직류전압로 변화시킨다. 강압형 변환부 13은 전력제어부 15에서 출력단자을 통해 출력되는 펄스를 게이트 구동 트랜스 T1을 통하여 강압형 변환부 13의 FET Q1의 게이트에 인가하면, 게이트와 소스 사이에 전위차가 하이상태일 때 FET Q1은 온되고 로우상태일 때 오프되어 제1맥류전압 Vac가 코일 L2에 펄스전압으로 인가된다. 이때 상기 코일 L2에 의해 콘덴서 C2에 전류가 충전되어 일정한 전압을 얻는다. 상기 FET Q1이 오프되었을 때에는 코일 L2의 역기전력이 발생하여 다이오드 D1이 온되어 코일 L2의 여자전력이 콘덴서 C2에 전달되어 상기 콘덴서 C2에서는 일정한 직류전압을 얻을 수 있다. 이는 공지의 강압형 변환방식이다. 단, 상기 제1맥류전압 Vac가 제2직류전압보다 낮을 경우에는 위와 같은 동작이 발생하지 않고 전류도 흐르지 않는다. 제3도를 참조하면, (3C)에서 t2-t3 기간에 전류가 흐르지 않는다. 이와 같은 기간에 제2직류전압 V_DC2에 리플을 제거하기 위해서는 콘덴서 C2의 용량값을 충분히 크게 한다.

램프구동부 14는 FET Q2∼FET Q5로 구성되며, 소정의 제어를 받아 고전압 트리거 발생 시간과 정상적인 상태일 때를 구분하여 상기 FET Q2∼FET Q5의 온/오프를 스위칭함으로써 램프 LP를 구동한다. 즉 고전압 트리거 발생 시간에는 FET Q2, Q5가 온되고 FET Q3, Q4가 오프되어 램프 LP에 제2직류전압가 인가되도록 한다. 그리고 정상적인 상태일 때에는 FET Q2, Q5와 FET Q3, Q4간의 온/오프를 반복 스위칭함으로써 램프 LP에 교류전압이 인가되도록 한다. 이때 승압 트랜스 T2의 2차 권선 코일 L2-L이 방전등 전류에 미치는 영향은 매우 작으므로 무시한다.

전력제어부 15는 PWM제어부 27과 궤환증폭기 28과 저항 R31∼R33 및 기준전압 Vref로 구성된다. 램프 LP의 전류감지전압와 상기 제2직류전압의 감지전압인 제3직류전압을 입력하여 출력단을 통해 온/오프 펄스를 발생한다. 이 펄스는 램프 LP의 전력을 제어하도록 FET의 온/오프 듀티(duty)를 제어한다. 다시 말해서, 제1트랜스포머 T1의 1차측에 제공되는 상기 온/오프 펄스는 2차측에 유기되어 FET Q1을 온/오프시킨다. 이때 상기 제2트랜스포머 T1의 2차측 양단- FET Q1의 게이트와 소오스 사이에 연결된 제너다이오드 D2는 정전압용이다.

전압안정화부 20은 상기 강압 변환부 13과 상기 전력제어부 15 사이에 접속되며, 상기 제2직류전압의 이상 상승을 방지하는 역할을 한다. 즉 제2직류전압가 일정 정도 이상 높은 전압이 되는지 감시하고, 이상 전압이 감지되면 그 사실을 상기 전력제어부 15로 알려 동작을 정지시키기 위한 것이다. 상기 전압안정화부 20은 제너다이오드 D3과 저항 R3으로 이루어진다.

고전압 트리거발생부 16은 램프 LP가 정상적인 방전을 하기에 앞서 초기 방전을 하도록 유도하기 위해 높은 트리거 전압을 발생한다. 상기 고전압 트리거발생부 16은 두 트랜스 T2, T3, 다이오드 D4, 콘덴서 C2, 방전관 S. G로 이루어진다.

트리거구동부 25는 저항 R4, 콘덴서 C3 및 C4, FET Q6 및 다이오드 D5로 구성된다. 상기 저항 R4와 콘덴서 C4의 시정수에 의해 상기 콘덴서 C4에 충전된 전하량은 상기 FET Q6이 온되는 순간 방전된다. 상기 콘덴서 C3와 다이오드 D5는 필터부 11을 거쳐 출력되는 전압을 정류하기 위한 것이다.

초기에는 방전등 LP에 상기 제2직류전압가 인가되더라도 방전이 시작되지 않으므로 방전이 시작되게 하기 위해 다음의 동작을 한다. 즉 상기 콘덴서 C4에서 방전된 전압이 트랜스포머 T3을 통하여 다이오드 D4를 통과후 콘덴서 C2에 충전되도록 한다. 이와 같은 동작의 반복으로 상기 콘덴서 C2에는 높은 전위의 전하량이 충전되는데, 상기 콘덴서 C2의 양단에 일정한 크기의 전위차가 날 만큼 충전되면 방전관 S.G에서 순간적 단락상태의 스파크 전류가 흐르게 된다. 그래서 상기 콘덴서 C2에 충전된 전하량은 승압 트랜스포머 T2의 1차측 코일을 통과하여 짧은 시간에 방전을 하게 된다. 그러므로 상기 트랜스포머 T2의 2차측 코일에는 순간적 고전압 펄스가 유기되며, 이 고전압 트리거 펄스는 램프 LP의 양단에 고전압을 발생시킨다. 결국, 상기 램프 LP에서는 상기 고전압 트리거 펄스에 의해 초기 방전이 일어나며 이어서 점등이 시작된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직류형 램프 구동용 전자 안정기 회로의 구성도로서, 상기 도2와 비교해 볼 때 램프구동부 14를 갖지 않는다는 점에서 구성상 차이를 가진다. 상기 도 4에 따르면, 강압 변환부 13에서 발생되는 제2직류전압 V_DC2는 램프 LP의 양단에 직접 인가된다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 다시 말해서, 본 실시 예에서는 램프 구동용 전자 안정기 회로를 고조파 전류 억제형으로 구현하고 있으나 모터 구동 회로와 같이 통상적인 강압형 변환을 이용하는 것이라면 모든 전원회로에 적용이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 않되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

고조파 전류가 많이 포함되어 있던 다이오드방식 전파 정류회로에서는 피상전력 대 유효전력의 비가 0.5-0.65에 그치고 있었으나 본 발명의 고조파 전류 억제회로를 통하면 피상전력 대 유효전력의 비가 0.85이상 높아지며, 전압의 왜곡이 개선되고, 전류의 잡음이 줄어들며, 전체 손실분도 개선시킬 수 있다. 또한 전자 안정기 회로의 역률 개선 회로를 별도로 추가하지 않고 강압 변환을 역률 개선 방식으로 변환시킴으로써 원가의 절감이 가능한 이점이 있다. 또한 다이오드방식 전파 정류회로에서는 높은 전압의 큰 용량 콘덴서가 필요하나 본 발명은 출력단에 있는 낮은 전압 큰 용량 콘덴서의 사용으로 원가 절감 및 크기를 개선하는 효과도 있다.

Claims

소정의 부하수단에 접속되는 전자 안정기 회로에 있어서,

교류 상용 주파수 전압을 입력하여 라인 필터링하는 필터부와,

상기 라인 필터링된 신호를 단방향의 맥류전압으로 변환하는 수단과,

소정의 제어를 받아 상기 맥류전압을 펄스 폭 변조하여 상기 부하수단에 맞도록 강압된 직류전압을 발생하고 이를 상기 부하수단에 전달하는 강압 변환부와,

상기 부하수단이 초기 방전을 하도록 유도하기 위해 소정의 제어를 받아 고전압 트리거 펄스를 발생하는 트리거 발생부와,

상기 강압된 전압과 상기 맥류전압의 감지전압 및 상기 부하수단으로부터의 전류감지전압을 궤환증폭하고 그 증폭된 전압으로 상기 강압 변환을 하기 위한 상기 펄스폭변조신호의 발생을 제어하는 전력 제어부와,

상기 라인 필터링된 전압을 충전하고 있다가 소정의 제어를 받으면 순간적으로 방전하여 상기 트리거 발생부를 구동하는 트리거 구동부로 구성됨을 특징으로 하는 전자 안정기 회로.
제1항에 있어서,

상기 강압 변환부와 상기 램프 사이에 상기 고전압 트리거 혹은 정상 상태에 따라 소정의 제어를 받아 상호 배타적으로 동작하는 두 경로를 가지며, 상기 두 경로는 상기 강압 변환부에서 발생하는 직류 전압을 상기 부하수단에 양방향으로 인가하여 상기 부하수단을 구동하는 구동부를 더 구비함을 특징으로 하는 전자 안정기 회로.
제1항에 있어서,

상기 강압 변환부와 상기 전력 제어부 사이에 접속되어 상기 강압 변환부에서 발생되는 직류전압의 이상 상승을 방지하는 전압안정화부를 더 구비함을 특징으로 하는 전자 안정기 회로.