KR100282675B1

KR100282675B1 - 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기

Info

Publication number: KR100282675B1
Application number: KR1019980026966A
Authority: KR
Inventors: 김중성
Original assignee: 김중성; 주식회사인라이트
Priority date: 1998-07-04
Filing date: 1998-07-04
Publication date: 2001-02-15
Also published as: KR20000007563A

Abstract

본 발명은 마이크로 프로세서를 사용하여 고압 방전등(나트륨등, 메탈할라이드등, 수은등 등)을 디지털 제어함으로써 방전등의 특성변화에 적응적으로 제어하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공한다. 본 발명의 장치는 전원회로부와, 고압 방전등에 직렬로 연결되는 트랜스를 통하여 고압 방전등을 초기 시동하기 위한 시동회로부와, 고압 방전등을 구동하기 위한 구동회로부와, 전원회로부에 결합된 제 1 검출부와, 고압 방전등에 인가되는 출력를 검출하기 위하여 트랜스에 결합된 제 2 검출부와, 고압 방전등의 점·소등상태를 검출하기 위하여 트랜스에 결합된 제 3 검출부로 구성되는데 이같은 회로의 구성으로 마이크로프로세서 내부에 내장된 프로그램에 의해 주파수 및 펄스폭 제어에 의해 시동시 돌입전류 억제 및 안정된 시동과 고압방전등의 정출력 제어, 불꽃 안정화 제어, 디밍제어, 주야 자동 점·소등 제어를 수행하고 과전류 보호, 과열보호, 무부하보호, 순시 재점등 보호등을 수행하여 전력 절감에 기여하고 고압방전등의 각종 제어를 수행한다.

Description

마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기

본 발명은 마이크로프로세서를 이용한 전자식 안정기 안정기에 관한 것으로, 마이크로 프로세서를 사용함으로써 방전등의 특성변화에 적응적으로 제어함과 동시에 고압방전등용 전자식 안정기에서 요구되는 다양한 제어를 행하는 것으로 마이크로프로세서를 이용한 고압방전등용 전자식 안정기에 관한 것이다.

현재까지의 고압 방전등용 전자식 안정기의 회로구성은 대부분 아날로그 방식이나 단순한 로직에 의한 회로구성이 대부분 이었다. 이 방식은 제어가 간단할 경우에는 디지털 제어방식에 비해 유리할 수 있으나 회로가 복잡해지고 제어의 내용이 많아지면 오히려 마이크로프로세서를 이용한 디지털 제어 방식이 회로구성 및 가격면에서도 유리하다.

USP 5,428,268에는 메탈 할라이드 램프(METAL HALIDE LAMP)의 전자식 안정기가 제시되어 있다. 상기 특허에서는 안정기의 구성이 아날로그회로 및 단순 로직회로로 구성되므로 회로의 구성이 매우 복잡함을 알 수 있다.

일반적으로 고압 방전등은 제조회사별로 특성이 매우 다양하여 방전램프의 특성이 불균일하다. 뿐만아니라 전자식 안정기에서는 램프를 구동시키는 주파수가 상용주파수 보다 높으므로 배선의 길이가 길어지면 배선 자체가 인턱터의 역할을 하여 출력이 변한다. 또한, 방전등은 사용 시간이 길어지면 임피던스가 증가하여 램프 출력이 상승하는 경향이 있다. 이러한 램프특성에 대해 기존의 자기식 안정기는 물론이고 대부분의 전자식 안정기는 출력 와트수가 균일치 못함으로 인해 많은 문제를 안고 있다.

고압 방전등은 고주파수로 방전등을 점등 유지시킬 때 특히 메탈 할라이드등의 경우 불꽃이 불안정하거나 떨림 현상(Fluctuation)이 발생하는 경우가 많고 고주파수 영역을 사용할 경우 공명에 의한 소음(Acoustic Resonance)이 발생하여 심할 경우 아크튜브가 파괴되기까지 한다.

본 발명의 제 1 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 마이크로 프로세서를 사용하여 방전등의 특성 변화에 적응하여 제어를 함으로써 항상 정출력으로 방전등을 구동할 수 있는 마이크로프로세서를 이용한 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 2 목적은 저주파수의 구형파에 고주파수를 중첩시킨 구동신호로 방전등을 점등 유지시킴으로서, 방전등의 점등 유지시 불꽃이 불안정하여 떨림 현상이 있는것을 방지할 수 있고, 공명에 의한 소음을 방지할 수 있는 마이크로프로세서를 이용한 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 3 목적은 방전등의 점등 유지시 불꽃 떨림현상을 주파수 제어에 의해 안정화시킬 수 있는 마이크로프로세서를 이용한 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 4 목적은 구동신호의 주파수 및 펄스폭 제어를 하여 방전등의 디밍제어를 실현할 수 있는 마이크로프로세서를 이용한 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 5 목적은 밤과 낮의 조도검출에 의해 방전등의 점·소등을 자동으로 제어할 수 있는 마이크로프로세서를 이용한 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 6 목적은 방전등의 초기 시동시 돌입전류를 억제함과 동시에 안정된 시동을 성공적으로 할 수 있는 마이크로프로세서를 이용한 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 7 목적은 무부하 보호기능, 과열 보호기능, 순시재점등 보호기능, 과전류 보호기능을 가진 마이크로프로세서를 이용한 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기의 회로구성을 나타낸 회로도.

도 2는 본 발명에 의한 바람직한 일 실시 예의 구동 출력의 특성을 나타낸 파형도.

도 3은 본 발명에 의한 다른 실시 예의 구동 출력의 특성을 나타낸 파형도

도 4는 본 발명에 의한 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기의 동작을 설명하기 위한 플로챠트.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 전원회로부 12 : EMI 억제용 필터

14 : 입력전원부 16 : 역률 개선 승압 회로부

18 : 주전원부 20 : 보조전원부

22 : 시동회로부 24 : 구동회로부

26 : 제 1 검출부 28 : 제 2 검출부

30 : 제 3 검출부 32 : 디지털 제어부

34 : 정전압 회로부 36 : 발진부

38 : 과열 검출부 40 : 조도 검출부

42 : 디밍조절부 LP : 고압 방전등

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 상용교류를 입력하여 직류전압을 출력하는 전원회로부와, 고압 방전등에 직렬로 연결되는 트랜스를 통하여 고압 방전등을 초기 시동하기 위한 시동회로부와, 고압 방전등을 풀브리지 인버터방식으로 구동하기 위한 구동회로부와, 상용교류 투입을 검출하기 위하여 상기 전원회로부에 결합된 제 1 검출부와, 고압 방전등에 인가되는 출력를 검출하기 위하여 상기 트랜스에 결합된 제 2 검출부와, 고압 방전등의 점·소등상태를 검출하기 위하여 상기 트랜스에 결합된 제 3 검출부와, 디지털 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

디지털 제어부는 제 1 검출부에 의해 상용교류 투입이 검출되고 제 3 검출부에 의해 고압 방전등의 소등상태 검출시에는 상기 시동회로부에 고전압 시동신호를 제공함과 동시에 구동회로부에 고주파 또는 저주파에 고주파가 포함된 구동신호를 제공하여 고압 방전등을 시동시키고, 고압 방전등의 시동 후에는 상기 제 2 검출부를 통해 검출되는 구동출력에 응답하여 상기 구동신호의 주파수 및 펄스폭 제어를 통하여 구동출력을 일정하게 제어한다. 여기서, 구동출력세팅값은 디밍조정값인 것이 바람직하다.

또한, 디지털 제어부는 상기 고압 방전등의 초기 점등이 안전하게 성공하기 위해서는 상기 구동신호의 주파수 및 펄스폭을 돌입전류 억제 및 안정된 시동모드로 제어하고, 방전등이 시동을 하고나면 제3 검출부를 통해 방전등의 점등 신호를 입력받아 상기 고압 방전등의 구동출력 세팅값을 기준으로 구동출력을 일정하게 제어한다.

또한, 디지털 제어부는 제 2 검출부의 검출신호의 시간 변동분을 체크하고, 이 변동분이 일정범위를 넘어서면 불꽃이 불안정 한 것으로 판단하여 고압 방전등의 불꽃 떨림을 방지하는 방향으로 상기 구동신호의 주파수 및 펄스폭을 제어하는 불꽃 안정화 제어를 한다. 또한, 상기 시간 변동분의 체크횟수가 일정 횟수치 이상일 경우에는 방전등을 소등하여 냉각시킨 다음에 재점등시키는 불꽃 떨림 방지 모드를 포함한다.

상기 장치는 조도검출부를 더 구비하고, 디지털 제어부는 상기 주변조도에 응답한 조도검출부의 검출신호에 따라 상기 고압 방전등을 자동 점·소등 제어하는 주야 자동 점·소등 모드를 비롯해 주간 소등시 절전을 할 수 있는 절전모드를 포함한다.

디지털 제어부는 상기 시동회로부를 통하여 고압 방전등을 시동개시한 후 일정 시간이 지나도 고압 방전등의 점등이 제 3 검출부를 통하여 검출되지 않을 경우에는 상기 고주파신호의 출력을 중지하는 무부하 보호모드를 포함한다.

상기 장치는 과열검출부를 더 포함하고, 디지털 제어부는 상기 과열검출부의 검출신호에 응답하여 과열 검출시에는 상기 고압 방전등을 소등시키는 과열보호모드를 비롯해 과열로 인한 소등시 절전을 하는 절전모드를 포함한다.

상기 디지털 제어부는 순간 정전에 의해 전원이 재투입되면 고압 방전등이 냉각되는 시간동안 지연된 후에 고압 방전등을 재점등시키는 순시 재점등 보호모드를 포함한다.

상기 디지털 제어부는 상기 제 2 검출부를 통하여 구동출력이 일정 이상으로 증가되면 고압 방전등을 소등시키는 과전류 보호모드를 비롯해 과전류로 인한 방전등 소등시 절전을 하는 절전모드를 포함한다.

상기 전원회로부는 상용교류를 변환하여 제 1 직류전압으로 출력하는 입력전원부와, 고주파신호를 변환하여 제 2 직류전압으로 출력하는 주전원부와, 상기 입력전원부의 출력과 주전원부의 입력 사이에 연결된 트랜스를 구비하고, 상기 제 1 직류전압을 고주파 스위칭하여 승압된 고주파신호를 출력하는 역률개선 승압회로부와, 상기 트랜스에 결합되어 제 3 직류전압을 출력하고 안정기가 정상 동작을 하기위한 보조전원부로써 방전등을 소등해야할 경우 예를들면 주간 소등 과 무부하 보호, 과열보호, 과전류검출에 의한 출력 중단등의 경우에 절전을 위해 역률개선 및 승압회로 동작을 차단하는 장치를 구비한 보조전원부를 포함한다.

상기 시동회로부는 상기 제 2 직류전압과 접지 사이에 직렬로 연결된 제 1 및 제 2 바리스터와, 상기 제 2 직류전압과 접지 사이에 직렬로 연결된 제 3 및 제 4 바리스터와, 상기 제 1 및 제 2 바리스터의 공통접점과 상기 제 3 및 제 4 바리스터의 공통접점 사이에 고압 방전등과 직렬로 연결된 1차권선과, 상기 고압방전등과 직렬로 연결된 1차권선에 병렬로 연결된 제 5 바리스터와, 1차 제 1 권선을 가지는 트랜스와, 상기 2차 제 1 권선의 일단과 접지 사이에 연결되어 상기 디지털 제어부의 시동제어 신호에 응답하여 구동되는 스위칭소자와, 상기 제 2 직류전압과 접지사이에 직렬로 연결된 제 2저항 및 제 6 캐패시터와, 상기 제 2 저항과 제 6 캐패시터의 공통접점과 스위칭 소자 사이에 연결되는 2차 제 1 권선을 포함한다. 상기 제 2 검출부는 상기 트랜스의 2차 제 3 권선에 결합되고, 제 3 검출부는 상기 트랜스의 2차 제 2 권선에 결합된다.

상기 디지털 제어부는 상기 제 2 및 제 3 직류전압을 입력하여 직류정전압을 발생하는 정전압 회로부와, 상기 직류정전압을 동작전압으로 인가받고, 상기 각 검출부들의 검출신호들을 각각 입력하고 제어 프로그램에 따라 상기 고주파 시동신호와 고주파 구동신호를 출력하는 마이크로 프로세서를 포함한다.

시동신호는 수백Hz의 임펄스 파형이며 구동신호는 수십 KHz의 고주파수를 가진다. 또한, 구동신호는 수백 Hz의 저주파 구형파에 수십 KHz의 고주파신호를 중첩한 복합신호로 구성할 수도 있다. 특히, 이러한 복합신호는 고압 방전등이 메탈 할라이드 램프인 경우에 불꽃 안정화를 위하여 매우 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 의한 고압 방전등 디지털 안정기의 회로구성을 나타낸다. 도 1에서 제어장치는 크게 전원회로부(10), 시동회로부(22), 구동회로부(24), 제 1 검출부(26), 제 2 검출부(28), 제 3 검출부(30), 디지털 제어부(32)를 포함한다.

전원회로부(10)에는 사용교류(AC)가 EMI 억제용 필터(12)를 거쳐서 입력전원부(14)에 공급된다. 입력전원부(14)는 브리지 다이오드(D1~D4)와, 평활캐패시터(C7)로 구성되어 상용교류를 제 1 직류전압(V1)으로 출력한다. 역률 개선 승압 회로부(16)는 트랜스(T2), 스위칭 트랜지스터(Q1), 저항(R1) 및 역률개선 제어회로(PFC)로 구성되어 제 1 직류전압(V1)을 고주파 스위칭하고 스위칭된 고주파신호를 트랜스(T2)로 승압하여 출력한다. 주전원부(18)은 다이오드(D5) 및 평활 캐패시터(C9)로 구성되어 입력되는 승압 고주파 신호를 반파정류하여 제 2 직류전압(V2)를 주동작전압으로 출력한다. 캐패시터(C9)는 매우 용량이 큰 것으로 순시 재점등 보호를 위한 마이크로프로세서의 전원으로 사용된다. 보조전원부(20)는 다이오드(D20), 저항(R20), 캐패시터(C20) 및 제너 다이오드(ZD1)로 구성되어 트랜스(T2)의 2차 권선으로 유도되는 고주파신호를 반파 정류하고 반파 정류된 신호를 제너 다이오드(ZD1)으로 리미팅시켜서 제 3 직류전압(V3)를 보조동작전압으로 출력한다. 이 보조전원부는 방전등을 소등해야할 경우 예를들면 주간 소등 과 무부하 보호, 과열보호, 과전류보호로 인한 출력 중단의 경우에 절전을 위해 역률개선 및 승압회로 동작을 중지하기 위한 트랜지스터 (Q9)와 이것의 베이스 단자에 연결된 저항 (R49)를 포함한다.

제 1 검출부(26)는 저항(R21, R22), 제너 다이오드(ZD2) 및 캐패시터(C21)로 구성되어, 저항(R21, R22)로 제 1 직류전압(V1)을 분압하고 제너 다이오드(ZD2)로 리미팅시켜서 전원 투입여부를 검출하는 검출신호를 출력한다. 캐패시터(C21)는 교류노이즈를 제거하기 위한 것이다. 따라서, 제 1 검출신호는 상용교류의 투입시에는 제너 다이오드(ZD2)의 제너전압레벨을 가지며, 상용교류의 투입이 없는 경우에는 접지전압레벨을 가진다.

시동회로부(22)는 제 2 직류전압(V2)과 접지 사이에 직렬로 연결된 제 1 및 제 2 바리스터(VR2, VR3)와, 상기 제 2 직류전압(V2)과 접지 사이에 직렬로 연결된 제 3 및 제 4 바리스터(VR4, VR5)와, 상기 제 1 및 제 2 바리스터(VR2, VR3)의 공통접점(A)과 상기 제 3 및 제 4 바리스터(VR4, VR5)의 공통접점(B) 사이에 고압 방전등(LP)과 직렬로 연결된 1차권선(T3/1)과, 2차 제 1 권선(T3/2)을 가지는 트랜스(T3)와, 상기 2차 제 1 권선(T3/2)의 일단과 접지 사이에 연결되어 상기 디지털 제어부(32)의 구동신호에 응답하여 구동되는 스위칭소자(Q6)와, 상기 직류전압(V2)과 접지 사이에 직렬로 연결된 저항(R2)와 캐패시터(C6)과, 상기 저항(R2)와 캐패시터(C6)의 공통접점과 2차 제 1 권선(T3/2)의 타단 사이에 연결되는 트랜스(T3)를 포함한다. 트랜스(T3)는 페라이트 코어를 가지며, 2차 제 2 권선(T3/3) 및 2차 제 3 권선(T3/4)을 포함한다. 트랜스(T3)의 1차권선(T3/1)의 양단에 저항(R3)가 연결되고, 방전등(LP)와 저항(R3)의 직렬연결 양단에는 바리스터(VR6)이 연결된다. 시동회로부(22)는 저항(R44)을 통해 디지털 제어부(32)로부터 제공되는 시동신호에 응답하여 스위칭 소자(Q6)가 구동되고, 이에 트랜스(T3)의 2차 제 1 권선(T3/2)과 1차 권선(T3/1)의 권선비에 의해 승압된 수천볼트의 교류 고전압이 방전등(LP)에 인가되므로 방전등(LP)은 방전을 개시하게 된다.

구동회로부(24)는 스위칭트랜지스터(Q2~Q5, Q7, Q8), 다이오드(D6~D9), 인버터 드라이버(ID1, ID2) 및 저항(R31~R34)를 포함한다. 스위칭 트랜지스터(Q2)는 제 2 직류전압(V2)과 접점(A)사이에 드레인과 소스가 각각 연결되고 인버터 드라이버(ID1)의 제 1 출력이 게이트에 연결된다. 스위칭 트랜지스터(Q3)는 접지와 접점(A)사이에 소스과 드레인이 각각 연결되고 인버터 드라이버(ID1)의 제 2 출력이 게이트에 연결된다. 스위칭 트랜지스터(Q4)는 제 2 직류전압(V2)과 접점(B)사이에 드레인과 소스가 각각 연결되고 인버터 드라이버(ID2)의 제 1 출력이 게이트에 연결된다. 스위칭 트랜지스터(Q5)는 접지와 접점(B)사이에 소스와 드레인이 각각 연결되고 인버터 드라이버(ID2)의 제 2 출력이 게이트에 연결된다. 스위칭 트랜지스터(Q7)는 제 3 직류전압(V3)과 접점(C)사이에 드레인과 소스가 각각 연결되고 디지털 제어부(32)의 제 1 구동신호가 저항(R33)을 통하여 게이트에 연결된다. 스위칭 트랜지스터(Q8)는 제 3 직류전압(V3)과 접점(D)사이에 드레인과 소스가 각각 연결되고 디지털 제어부(32)의 제 1 구동신호가 저항(R34)을 통하여 게이트에 연결된다. 접점(C)는 저항(R31)을 통하여 접지되고 인버터 드라이버(ID1, ID2)의 제 1 입력에 각각 연결되고, 접점(D)는 저항(R32)를 통하여 접지되고 인버터 드라이버(ID1, ID2)의 제 2 입력에 각각 연결된다. 따라서, 구동회로부(24)는 디지털 제어부의 제 1 및 제 2 구동신호에 응답하여 스위칭 트랜지스터쌍(Q2, Q5)과 스위칭 트랜지스터쌍(Q4, Q3)을 교대로 스위칭함으로써 방전등(LP)를 구동하여 점등상태를 유지시킨다.

제 2 검출부(28)는 다이오드(D10~D13), 캐패시터(C22), 바리스터(VR7), 제너 다이오드(ZD3) 및 저항(R28, R29)를 포함한다. 즉, 제 2 검출부(28)은 다이오드(D10~D13)를 통하여 트랜스(T3)D의 1차 제 3 권선(T3/4)에 유기된 고주파신호를 전파정류하고, 전파정류신호를 캐패시터(C22)로 평활하고, 평활된 직류신호를 제너 다이오드(ZD3)를 통하여 일정 레벨 이상의 전압신호를 제 2 검출신호로 출력한다. 따라서, 제 2 검출신호는 제너 다이오드(ZD3)의 제너전압레벨 이상의 전압레벨을 가진다. 그러므로, 방전등(LP)이 점등되어 정상동작시에는 제 2 검출신호는 방전등(LP)의 구동출력에 비례하는 전압레벨을 갖는다.

제 3 검출부(30)는 바리스터(VR8), 다이오드(D22), 캐패시터(C23), 저항(R30, R37) 및 제너 다이오드(ZD4)를 포함한다. 즉, 제 3 검출부(30)는 트랜스(T3)의 1차 제 2 권선(T3/3)에 유기된 고주파신호를 다이오드(D22) 및 캐패시터(C23)를 통하여 직류전압신호로 변환하고, 제너 다이오드(ZD4)를 통하여 소정 레벨 이하의 전압신호를 제 3 검출신호로 출력한다. 제 3 검출신호는 제너다이오드(ZD4)의 제너전압레벨과 접지전압레벨을 가진다. 즉, 방전등의 소등상태에서는 접지전압레벨을 가지며, 방전등의 점등 후에는 제너전압레벨을 가진다.

디지털 제어부(32)는 정전압 회로부(34), 발진부(36), 과열검출부(38), 조도 검출부(40), 디밍조절부(42), 마이크로 프로세서(U4)를 포함한다.

정전압 회로부(34)는 제 2 직류전압(V2) 및 제 3 직류전압(V3)를 각각 다이오드(D21, D23)을 통하여 3단자 레귤레이터(REG1)의 입력단자에 공통으로 입력하고, 외부로부터의 과도전압으로부터 보호하기 위하여 입력단자에 바리스터(VR9)을 삽입하고, 입력된 직류전압을 일정 출력전압으로 출력한다. 이 출력전압은 및 인덕터(L1, L2)의 출력필터를 통하여 디지털 제어부의 각 회로부의 동작전압(VCC)으로 제공된다. 캐패시터(C28)는 평활용 캐패시터이다.

발진부(36)는 수정발진기(X1), 캐패시터(C26, C27)로 구성되어 마이크로 프로세서(U4)에서 필요로 하는 기준클럭신호를 발생한다.

과열 검출부(38)는 동작전압(VCC)을 저항(R45, R46)으로 분압하고, 저항(R46)의 양단에 온도검출 스위치(T/S1)를 연결한다. 따라서, 설정된 과열 검출온도 이하에서는 스위치(T/S1)가 온상태로 유지되므로 검출전압은 접지레벨이나 과열검출온도 이상으로 제어장치의 온도가 상승하게 되면 위치(T/S1)가 오프상태로 되므로 검출전압은 분압레벨로 올라간다.

조도 검출부(40)는 포토다이오드(PD1), 비교기(CO1), 저항(R39~R43)으로 구성된다. 주변 조도를 포토 다이오드로(PD1)으로 검출하고, 설정된 조도보다 검출된 조도가 높으면, 즉 주간에는 하이레벨신호를 출력하고, 설정된 조도보다 검출된 조도가 낮으면, 즉 야간에는 로우레벨신호를 출력한다.

디밍조절부(42)는 동작전압(VCC)를 가변저항(R35) 및 저항(R36)으로 분압하고, 가변저항(R35)의 저항값을 가변함으로써 디밍조절값을 가변한다.

마이크로 프로세서(U4)는 CPU와 A/D 컨버터와 RAM, ROM을 내장하고 있고 입출력포트가 있다. 각 입출력 포트에 대한 용도는 다음과 같다.

A1(A/D 컨버터 입력) : 상용교류전압이 입력되었을 때 이를 감지하기 위한 입력으로 제 1 검출부의 검출신호를 입력하기 위한 입력단자이다

A2(A/D 컨버터 입력) : 제 2 검출신호, 즉 DC 아날로그 신호를 받는 입력단자로 아날로그 신호를 입력받아 내부에서 A/D컨버터로 신호를 변환하여 출력와트를 감지하는 입력으로 사용한다.

A3/Vref(A/D 컨버터 입력) : 내부의 레퍼런스 전압으로 사용하기 위하여 U4의 동작전압(VCC)를 입력한다.

A4(A/D 컨버터 입력) : 외부의 레퍼런스 전압으로 출력 와트수를 미세조정하기 위한 것이자 디밍 조절값을 입력하기 위한 입력단자이다.

B0, B1(I/O 출력) : 구동회로부의 스위칭 소자 Q2, Q3, Q4, Q5를 제어하기 위한 구동신호를 출력하기 위한 출력단자이다. 구동신호는 제 2 도에 도시한 바와 같이 수백Hz의 저주파 구형파에 수십KHz의 고주파신호를 중첩시킨 복합신호로 B0와 B1의 신호는 서로 교호로 발생되고 두 신호의 유신호구간 사이에는 데드 타임(DEAD TIME)을 갖는다. 이와 같은 신호구성은 메탈 할라이드 램프에 특히 바람직하다. 이러한 신호는 고주파수대에서 발생하는 불꽃 흔들림을 방지함과 동시에 안정기의 효율을 향상시킨다.

또한, 구동신호는 제 3 도에 도시한 바와 같이 수십KHz의 고주파신호로만 구성할 수도 있다. 이러한 신호는 저출력 메탈 할라이드 램프와 다른 고압 방전등에는 무리없이 사용할 수 있다.

B2(I/O 출력) : 주간에 방전등을 소등할 경우나 무부하 보호, 과전류보호, 과열보호시 이로 인한 출력의 중단등의 경우에 절전을 위해 보조전원부(20) 동작을 중지시키기 위한 출력신호이다.

B3(I/O 입력) : 역률 개선 승압회로부를 통해 승압된 주전압을 감지하기 위한 것이자 캐패시터 C9에 잔류된 전압을 감지하기 위하여 동작전압(VCC)를 입력하는 입력단자이다.

B4(I/O 입력) : 램프가 켜진상태를 확인하기 위한 로직 입력으로 제 3 검출부의 검출신호를 입력하는 입력단자이다.

B5(I/O 출력) : 시동회로부에 시동신호를 제공하기 위해 수백Hz대의 임펄스 신호를 출력하는 출력단자이다.

B6(I/O 입력) : 안정기가 과열되었을 때 이를 보호하기 위해 과열검출부의 검출신호를 입력하는 입력단자이다.

B7(I/O 입력) : 밤과 낮의 자동점멸을 위하여 조도검출기의 검출신호를 입력하는 입력단자이다.

도 4는 본 발명에 의한 마이크로프로세서를 이용한 전자식 안정기의 동작을 설명하기 위한 플로챠트를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 전원회로부(10)을 통하여 전원이 공급되면 최초 마이크로 프로세서(U4)에서는 I/O 포트를 점검하여 B6이 하이레벨 전압인지 아닌지 체크한다. 이것은 안정기의 과열여부를 확인하는 것으로 과열이 아니면 다음 스텝으로 넘어가고 과열이면 100 체크단계를 계속 수행한다.

100단계에서 B6가 로우이면 다음으로 B7이 하이인지 아닌지 체크한다. 이것은 주야간 자동 점·소등을 위한 것으로 하이상태이면 방전등 소등상태를 유지하고 절전모드(103)로 들어가 절전을 하고 상기 102 체크단계를 계속 수행한다.

102단계에서 B7이 로우상태로되면 주변 조도가 낮아져 점등이 필요한 조도 상태가 되었다는 것이므로 시동제어를 수행한다(106). B5에 시동용 고주파신호를 출력함(106)과 동시에 돌입전류억제 및 안정된 점등동작을 위하여 B0, B1의 구동신호의 주파수제어(PFM) 및 펄스폭 제어(PWM)를 하여 초기 점등을 한다. 이와 같은 돌입전류 억제 및 안정점등 구동 제어모드는 초기 방전개시로 인하여 발생되는 돌입전류를 억제함으로써 방전등의 수명을 연장시키고 회로소자에 가해지는 전기적 충격을 완화시킴으로써 안정기의 수명을 연장시킬 수 있다.

104 및 106단계를 거쳐 방전등이 점등되었는지를 제 3 검출부를 통하여 체크한다(110). 시동제어가 동작하고 t1시간이 지나도 방전등이 점등되지 않으면 (108)제어부는 방전등이 없거나 파손상태의 무부하상태로 간주하여 방전등을 소등시킨다. 즉, 시동신호 및 구동신호의 출력을 정지하게 된다. 출력을 정지하고 난 이후에는 절전을 위한 절전모드 144 단계로 넘어간다. 이와 같은 동작은 무부하상태로 인한 지속적인 동작을 방지하여 무부하 상태로부터 시스템을 보호하고 절전을 기한다.

110단계에서 제 3 검출부를 통하여 방전등의 점등상태가 확인되면, 즉 초기 점등이 완료되면 B4의 입력이 하이상태로 되어 제어부에서는 B5의 출력을 정지하여 시동제어를 정지한다(112). 이어서 마이크로프로세서는 정상 구동모드로 들어간다.

방전등이 점등된 정상 모드에서는 다음과 같은 알고리즘을 수행한다.

즉, 과전류 보호모드(120), 주야간 자동 점·소등 모드(122), 과열 보호모드(124), 순시 재점등 보호모드(126), 불꽃 떨림 안정화 제어모드(130,132), 디밍제어모드(154), 정출력 제어모드(152) 등을 수행한다.

1.과전류보호

120단계에서는 A2를 통해 입력되는 출력검출값이 과전류 검출 문턱치 이상이면 과전류가 흐르는 것으로 판단하고, 142단계를 수행하여 구동신호 B0,B1을 중단시키고, 144단계의 절전모드로 들어가고, 문턱치 이하이면 다음 단계로 넘어간다.

2.주야 자동점·소등

122단계에서는 조도검출부의 출력로직신호를 B7을 통하여 입력하고 입력된 로직상태가 로우상태를 유지하면 다음의 과열(124)보호모드로 넘어가고, 로우상태에서 하이상태로 변하게 되면 주간모드로 인식하여 146단계를 수행하여 방전등을 자동 소등시킨다. 소등후에는 148단계의 절전모드로 들어가고 이후 100단계를 수행하여 주야간모드를 체크하여 주간모드일 경우는 소등된 상태로 계속 체크를 하고 야간모드인 경우에는, 즉 B7의 입력상태가 하이상태에서 로우상태로 변하게 되면 방전등을 자동 점등시킨다.

3.과열보호

124단계에서 안정기가 과열하게 되면 로직 B6를 통해 입력되는 신호를 체크하여 온도가 일청치 이상으로 상승하면 142단계를 수행하여 안정기의 인버터 동작을 차단하고 절전모드 144단계로 들어가 방전등을 소등시키고 절전을 한다.

4.순시 재점등 보호

방전등이 켜져 있는 상태에서 전원공급이 중단되었다가 램프가 냉각되기 전에 전원이 재투입되면 재점등을 하는 데는 냉음극 상태에서 보다 더 많은 시간이 소요되어 전자식 안정기는 수명이 단축되거나 파괴되기도 한다. 따라서, 방전등이 꺼졌다가 냉각되기 전에 전원이 재투입되어 순시 재점등을 하는 할 경우에는 안정기가 손상되는 것을 방지하기 위하여 순시 재점등 보호 알고리즘을 채택한다. 보호하는 원리는, 순시 정전후 전원이 재 투입되는가를 체크한다(126). 방전등이 냉각되는 시간 t2시간 만큼 대기한다(128). 이 대기시간이 지난 후에 104, 106단계를 수행한다.

구체적으로 살펴보면, 일단 방전등이 켜 있을 경우 B2, B3, B4는 하이상태로 되어 있다. 이제 순시 정전이 되어 방전등이 꺼지면 B2, B4는 로우상태로 되고 주전원부(18)의 캐패시터(C9)에 소정량의 전하가 충전되어 있는 시간동안에는 D21과 R23을 통해 전원이 계속적으로 공급되므로 마이크로 프로세서(U4)는 동작을 계속하고 B3는 하이상태를 유지하게 된다. 즉, B3가 하이상태를 유지하는 동안에 전원이 재투입되면 B2는 로우상태에서 하이상태로 되고 B4는 계속 로우상태를 유지하게 된다. 이러한 로직이 성립하면 마이크로 프로세서(U4)는 방전등이 냉각되는 일정 시간(1-6분)동안 시동신호 B5 및 구동신호 B0, B1의 출력을 중단시키고 시간이 경과하면 시동을 위한 시동신호 B5와, 구동신호 B0, B1을 출력시켜서 방전등의 재점등 동작을 시작한다.

5.불꽃 떨림 안정화

130 단계에서 불꽃 떨림이 있는가를 체크한다. 불꽃 떨림의 체크는 제 2 검출부를 통해서 검출되는 출력 세기를 A2를 통해 입력하여 아날로그 디지털 변환하고, 변환된 출력 검출값의 단위 시간당 변화율을 계산한다. 이 변화율이 일정 시간이내에서 문턱치 이상으로 커지면 이를 불꽃 떨림으로 인식하게 된다. 130단계에서 이와 같은 알고리즘에 의해 불꽃 떨림이 인식되면, 불꽃 떨림 방지 모드, 즉 B0, B1의 구동신호의 주파수를 불꽃 떨림을 방지하는 방향으로 약간 변경되도록 제어한다(132). 이어서, 불꽃 떨림 현상의 체크횟수를 카운팅하기 위하여 제 1 카운터의 값(N)을 1 증가시킨다(134). 이 카운터의 값이 일정값, 예컨대 10회 이상인가를 체크하고(136), 아니면 114단계를 수행한다. 이와 같은 과정을 반복하여 불꽃 떨림 체크횟수가 10회를 초과하게 되면 소등후 재점등의 회수를 카운트하기 위한 카운터값(K)을 1증가시키고(138), 카운터값(K)가 예컨대 3회 이상인가를 체크하고(140) 3회이하이면 방전등을 소등하고 일정 시간(t2), 예컨대 1-6분 정도 대기한다(128). 이 대기시간 t2는 방전등이 재점등을 위하여 충분히 냉각될 수 있는 정도의 시간이면 족하다. 대기시간이 경과하면 104, 106단계부터 수행하여 방전등을 재점등시킨다. 140단계에서 K값이 3을 초과하면, 방전등에 이상이 있는 것으로 간주하여 방전등을 완전 소등하게 된다(142).

6.정출력

130단계에서 불꽃 안정상태인가를 체크한다. 그리하여 불꽃이 안정되어 방전등 출력의 100%를 모두 출력할 경우, 154, 156단계에서 디밍 셋팅치 A4를 입력받아 A2를 통해 접수된 출력검출값이 A4를 통해 접수된 기준값과 비교하여 일정 범위를 벗어날 정도로 커지거나 작아진 경우를 체크하는 정출력 제어를 한다. 출력이 일정범위를 벗어나는 경우에는 150단계를 수행하여 구동신호의 주파수 및 펄스폭을 제어하여 출력이 일정 범위 이내로 진입하도록 하여 정상모드로 출력을 제어한다.

7. 디밍제어

불꽃이 안정되었다고 판단하면 디밍조절단계로 넘어가는데 사용자가 디밍조절부(42)의 가변저항값을 가변시켜서 원하는 밝기를 세팅하면 이 세팅된 전압레벨을 A4를 통하여 입력한다(156). 또한 A2단자를 통해 방전등의 출력을 입력받는다(154). 마이크로프로세서는 A2, A4의 입력신호를 비교하여 디밍출력 범위이내이면 정상모드로 루프를 돌고, 디밍출력 범위를 벗어나면 B0, B1의 구동신호의 주파수 및 펄스폭을 제어한다(150). 이와 같은 제어에 의해 방전등에 가해지는 출력와트수가 가변되므로 방전등의 밝기가 디지털적으로 조절되게 된다.

상술한 알고리즘들은 도 4에 도시한 플로챠트에 개시된 바와 같은 순서로 확정된 것이 아니라 이는 하나의 예를 나타낸 것이며 각 모드의 순서는 자유롭게 변경가능하다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에서는 전자식 안정기의 제어를 마이크로 프로세서를 이용하여 디지털적으로 제어함으로써, 다양한 알고리즘을 수행하면서도 회로 구성을 간단하게 구성할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 출력와트수를 검출하여 방전등의 특성변화에 적응적으로 방전등 구동신호의 주파수 및 펄스폭을 제어함으로써 정출력을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 구동신호를 저주파의 구형파에 고주파를 중첩한 복합신호로 형성하고, 불꽃떨림 방지 알고리즘을 채택함으로써, 메탈 할라이드 램프인 경우에 불꽃 떨림 현상이나 고주파 사용으로 인한 공명으로 인하여 소음발생에 의해 아크튜브가 파괴되는 등의 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명은 이밖에도 디밍제어와, 주야간의 자동 점·소등 제어를 할 수 있고 돌입전류 억제와 안정된 시동을 실현할 수 있으며 또한, 과열보호, 과전류보호, 무부하보호, 순시 재점등보호 등으로 시스템의 보호대책을 강구함으로써 전력절감에 기여하고 방전등 및 시스템의 수명을 연장시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

상용교류를 입력하여 직류전압을 출력하는 전원회로부;

고압 방전등에 직렬로 연결되는 트랜스를 통하여 고압 방전등을 초기 시동하기 위한 시동회로부;

고압 방전등을 풀브리지 인버터방식으로 구동하기 위한 구동회로부;

상기 상용교류 투입을 검출하기 위하여 상기 전원회로부에 결합된 제 1 검출부;

상기 고압 방전등에 인가되는 출력를 검출하기 위하여 상기 트랜스에 결합된 제 2 검출부;

상기 고압 방전등의 점·소등상태를 검출하기 위하여 상기 트랜스에 결합된 제 3 검출부; 및

상기 제 1 검출부에 의해 상용교류 투입이 검출되고 상기 제 2 검출부에 의해 상기 고압 방전등의 소등상태 검출시에는 상기 시동회로부에 시동용 고압을 발생시킴과 동시에 구동회로부에 구동신호를 제공하여 고압 방전등을 시동시키고, 고압 방전등의 시동 후에는 상기 제 2 검출부를 통해 검출되는 구동출력에 응답하여 상기 구동신호의 주파수 및 펄스폭 제어를 통하여 구동출력을 일정하게 제어하는 디지털 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 상기 고압 방전등의 초기 점등이 성공되기 전까지는 상기 구동신호의 주파수 및 펄스폭을 돌입전류 억제 및 안정된 점등모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 상기 제 2 검출신호의 크기가 기준치와 비교하여 일정 범위 이상을 벗어난 경우에는 상기 구동신호의 주파수 및 펄스폭을 제어하여 방전등의 구동출력을 일정하게 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압방전등용 전자식 안정기.
제 3 항에 있어서, 상기 구동출력 조정값은 디밍조정값인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는

상기 제 2 검출부의 검출신호의 시간 변동분을 체크하고, 일정 시간 이내에 소정 크기 이상의 시간 변동분이 체크되면 고압 방전등의 불꽃 떨림을 방지하는 방향으로 상기 구동신호의 주파수 및 펄스폭을 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압방전등용 전자식 안정기.
제 5 항에 있어서, 상기 불꽃떨림 횟수가 일정 횟수치 이상일 경우에는 고압 방전등을 소등하여 냉각시킨 다음에 재점등시키고, 재점등 횟수가 일정 횟수 이상일 경우에는 고압 방전등을 완전히 소등시키는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 장치는 조도검출부를 더 구비하고,

상기 디지털 제어부는 상기 조도검출부의 검출신호에 응답하여 주변의 조도에 응답하여 상기 고압 방전등을 자동 점·소등 제어하는 주야 자동 점·소등 모드를 포함하며 주간 소등시 절전모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 상기 시동회로부를 통하여 고압 방전등을 시동개시한 후 일정 시간이 지나도 고압 방전등의 점등이 제 3 검출부를 통하여 검출되지 않을 경우에는 상기 시동신호의 출력을 중지하는 무부하 보호모드로 안정기를 보호하며 무부하 보호시 절전모드로 들어가 절전하게하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 장치는 과열검출부를 더 포함하고, 상기 디지털 제어부는 상기 과열검출부의 검출신호에 응답하여 과열 검출시에는 상기 고압 방전등을 소등시키는 과열보호모드로 안정기를 보호하며 과열 보호시 절전모드로 들어가 절전하게하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 순간 정전에 의해 전원이 재투입되면 고압 방전등이 냉각되는 시간동안 지연된 후에 고압 방전등을 재점등시키는 순시 재점등 보호모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 상기 제 2 검출부를 통하여 구동출력이 일정 이상으로 증가되면 고압 방전등을 소등시키는 과전류 보호모드로 안정기를 보호하며 과전류 보호시 절전모드로 들어가 절전하게하는 것을 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 시동회로부는

상기 제 2 직류전압과 접지 사이에 직렬로 연결된 제 1 및 제 2 바리스터;

상기 제 2 직류전압과 접지 사이에 직렬로 연결된 제 3 및 제 4 바리스터;

상기 제 1 및 제 2 바리스터의 공통접점과 상기 제 3 및 제 4 바리스터의 공통접점 사이에 고압 방전등과 직렬로 연결된 1차권선과, 2차 제 1 권선을 가지는 트랜스;

상기 고압방전등과 직렬로 연결된 1차권선에 병렬로 연결된 제 5 바리스터;

상기 2차 제 1 권선의 일단과 접지 사이에 연결되어 상기 디지털 제어부의 고주파신호에 응답하여 구동되는 스위칭소자; 및

상기 제 2 직류전압과 접지사이에 직렬로 연결된 제 2저항 및 제 6 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 검출부는 상기 트랜스의 2차 제 3 권선에 결합된 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 제 3 검출부는 상기 트랜스의 2차 제 2 권선에 결합된 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 상기 제 2 및 제 3 직류전압 및 상기 직류정전압을 동작전압으로 인가받고, 상기 각 검출부들의 검출신호들을 각각 입력하고 제어 프로그램에 따라 상기 시동신호와 구동신호를 출력하는 마이크로 프로세서를 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 순시 재점등시 정전으로 인한 마이크로프로세서를 구동시키기 위한 전원으로서, 전원 투입시 주 전원부의 캐패시터에 충전된 전하를 이용하여 직류정전압을 발생하는 정전압 회로부를 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 15 항에 있어서, 상기 시동 신호는 수백Hz 의 고주파신호이고 상기 구동신호는 수십 KHz의 고주파신호인 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 15 항에 있어서, 상기 시동 신호는 수백Hz의 임펄스 신호이고 상기 구동신호는 수백 Hz의 구형파 저주파 신호에 수십 KHz의 고주파신호를 중첩한 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.