KR100289002B1

KR100289002B1 - 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기

Info

Publication number: KR100289002B1
Application number: KR1019970055672A
Authority: KR
Inventors: 윤한선; 김철주
Original assignee: 강영주; 조일조명공업주식회사
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 2001-05-02
Also published as: KR19990034172A

Abstract

본 발명은 전원 리플없는 정전압을 제공하여 램프의 수명을 최대로 연장하면서도 역률개선을 기할 수 있으며, 무부하인 경우에는 발진/출력부의 발진을 정지시키고, 출력 트랜스의 2차측이 단락인 경우에는 출력 트랜스를 병렬공진 상태로 설정하여 회로소자를 보호할 수 있는 고신뢰성 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기에 관한 것이다.

본 발명은 인가되는 전파정류된 전압의 위상에 따라 이와 일치하는 펄스폭변조된 구형파 발진신호를 사용하여 전파정류 전압을 연속적으로 스위칭 처리하여 제1 및 제2 고역률 정전압을 발생하기 위한 역률개선/자동전압 조정부와, 상기 정전압을 구동전원으로 사용하여 출력 트랜스에 결합된 서로 반대극성의 한쌍의 발진 트랜스에 의해 제1 및 제2 발진 트랜지스터를 교대로 스위칭 구동하여 출력 트랜스의 2차측에 결합된 저압 나트륨 램프를 점등시키는 발진/출력부와, 램프에 전류가 흐르는 것을 검출하기 위한 램프전류 검출부와, 무부하시에 상기 램프전류 검출부로부터 램프전류를 검출하지 못하는 경우 상기 발진/출력부를 정지시키기 위한 발진정지부와, 상기 발진/출력부가 정지된 경우 주기적으로 발진/출력부를 재시동시키기 위한 발진 재시동수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전자식 저압 나트륨 램프용 안정기

본 발명은 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기에 관한 것으로, 특히 전원 리플없는 정전압을 제공하여 램프의 수명을 최대로 연장하면서도 역률개선을 기할 수있으며, 램프 이탈 및 수명 말기시의 점등불가인 경우에는 발진/출력부를 최소한의 소비전력으로 유지하고, 램프 단락인 경우에는 자동으로 발진/출력부의 출력 트랜스가 병렬공진 상태로 설정되도록 구성하여 발진 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류를 최소화시켜 각종 회로소자를 보호할 수 있는 고신뢰성 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기에 관한 것이다.

가로등 또는 터널등으로 이용되는 나트륨 램프는 고압식과 저압식으로 분류되며, 일반적으로 고압식 나트륨 램프는 관의 크기가 작고 안정기의 스타팅 전압과 온(ON)상태의 전압 차이가 작은편에 속하나, 저압식 나트륨 램프는 관의 크기가 크고 안정기의 스타팅 전압이 고압식 보다 더높고 또한 스타팅 전압과 온상태의 전압차이가 큰편에 속한다.

따라서 저압식 나트륨 램프용 안정기(이하 “나트륨 안정기”라 함)는 상기한 이유로 온도에 민감하여 동계에 시동불량 현상이 빈번하고 고압회로에 적합한 회로설계를 요구하고 있다.

한편 일반적으로 모든 방전관용 안정기에 요구되는 중요한 특성은 빠른 스타팅과 저 소비전력(즉, 고역률) 및 무부하상태와 단락상태에 대한 회로소자의 보호기능이라 할 수 있다.

종래의 나트륨 안정기로서 실용신안공고 제96-8112호에 개시된 일예를 도 1을 참고하여 간단하게 설명하면 다음과 같다.

상기 나트륨 안정기는 다이오드 브리지로 구성되어 입력단자를 통하여 인가되는 상용교류전압을 직류전압으로 정류하는 정류회로부(1)와, 다이오드(D101-D103)와 콘덴서(C1,C2)로 구성되어 정류회로부(1)에서 인가되는 직류전압에 포함되어 있는 잡음을 제거하고 위상보상을 통해 역률을 개선하는 역률 보상회로부(3)와, 스일칭 트랜지스터(Q10,Q20), 출력 트랜스(T101), 발진 구동부(9), 콘덴서(C103-C105)와 다이오드(D104,D105)를 구비하여 역률 보상회로부(3)에 의해 역률이 개선된 직류전압이 인가됨에 따라 스위칭 동작을 하여 발진을 일으키는 발진회로부(5)와, 안정기 내부회로에 이상이 발생하여 발진회로부(5)가 이상동작을 일으키면 상기 발진회로부(5)의 스위칭 동작을 제어하여 안정된 동작을 수행하게 하는 과전류 보상회로(7)로 구성되어 있다.

상기한 나트륨 안정기는 제2도에 도시된 바와같이 정류회로부(1)와 역률 보상 회로부(3)를 거쳐 전파정류, 위상보정 및 평활처리되므로 60Hz 리플을 포함하는 직류전원(Vcc)을 발생한다. 이 직류전원은 발진회로부(5)에 인가되어 수십 KHz의 주파수로 변환된후 출력 트랜스(T101) 및 램프(LP)로 공급되어 램프가 점등된다.

상기 안정기는 발진회로부(5)에 포함된 램프(LP)의 수명 말기시나 램프가 이탈되었을 경우 출력 트랜스(T101)와 출력 콘덴서(C103)가 직렬공진하게 되어 큰 전류가 스위칭 트랜지스터(Q10,Q20)를 통하여 흐르므로 트랜지스터(Q10,Q20)가 파괴된다. 따라서 스위칭 트랜지스터(Q10,Q20)를 통하여 흐르는 과전류를 막기 위하여 과전류 보상회로(7)를 채용하고 있다.

상기 안정기의 과전류 차단방식은 과전류 보상회로(7)의 이상이나 단락현상이 발생한 경우에는 효과적인 과전류 차단이 될 수 없고, 더욱이 상기 직류전원(Vcc)은 전원 리플을 상당량 포함하고 있어 램프(LP)의 파고율에 악영향을 주어 램프 수명이 짧아지는 문제가 있다.

한편, 상기한 모든 요구사항을 만족하고 있는 안정기, 특히 나트륨 안정기는 아직 제안된 것이 없고, 더욱이 가로등이나 터널등과 같이 차량 운행의 안전과 직결되어 장수명에 대한 고신뢰성을 보장할 수 있는 나트륨 안정기는 업계의 개발요구가 절실하다.

따라서 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 전원 리플없는 DC 정전압을 제공하여 램프의 수명을 최대로 연장하면서도 역률개선을 기할 수 있으며, 램프 이탈 및 수명 말기시의 점등불가 또는 출력 트랜스의 단락인 경우에는 발진/출력부를 최소한의 소비전력으로 유지하면서, 각종 회로소자를 보호할 수 있는 고신뢰성 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 출력 트랜스가 단락된 경우에 별도의 부가회로 없이 자동으로 발진/출력부의 출력 트랜스가 병렬공진 상태로 설정되도록 구성하여 발진트랜지스터를 통하여 흐르는 전류를 최소화시켜 회로를 보호할 수 있는 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기를 제공하는데 있다.

제1도는 종래의 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기에 대한 회로도.

제2도는 제1도에 도시된 종래 안정기의 정류된 전압 파형을 보여주는 파형도.

제3(a)도 및 제3(b)도는 본 발명에 따른 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기에 대한 상세 회로도.

제4도는 제3도에 도시된 역률개선/자동전압 조정부의 주요 부분에 대한 파형도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 역률개선/자동전압 조정부 20 : 역률개선/자동전압 조정부

25 : PWM IC 30 : 발진/출력부

40 : 램프전류 검출부 50 : 발진 정지부

60 : 발진 재시동부 LP : 저압 나트륨 램프

Q1,Q2 : 발진 트랜지스터 Q3 : 스위칭 트랜지스터

T2 : 스위칭 트랜스 T3 : 결합 트랜스

T4 : 출력 트랜스 T4A,T4B : 발진 트랜스

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전원입력부에서 인가되는 전파정류된 전압의 위상에 따라 이와 일치하는 펄스폭변조된 구형파 발진신호를 사용하여 스위칭 트랜지스터에 의해 전파정류 전압을 연속적으로 스위칭 처리하여 입력전압과 출력전류에 무관한 제1 및 제2 고역률 정전압을 발생하기 위한 역률개선/자동전압 조정부와, 상기 정전압을 구동전원으로 사용하여 출력 트랜스에 결합된 서로 반대극성의 한쌍의 발진 트랜스에 의해 한쌍의 제1 및 제2 발진 트랜지스터를 교대로 스위칭 구동하여 출력 트랜스의 2차측에 결합된 저압 나트륨 램프를 점등시키는 발진/출력부와, 상기 출력 트랜스의 2차측에 결합된 상기 램프에 전류가 흐르는 것을 검출하기 위한 램프전류 검출부와, 상기 램프의 이탈 및 수명 말기시의 점등불가로 인하여 상기 램프전류 검출부로부터 램프전류를 검출하지 못하는 경우 상기 제2 발진 트랜지스터를 오프시켜 상기 발진/출력부를 정지시키기 위한 발진정지부와, 상기 발진/출력부가 정지된 경우 설정된 주기마다 발진/출력부를 재시동시키기 위한 발진 재시동수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기를 제공한다.

상기 발진/ 출력부는 2차측에 결합 콘덴서를 통하여 상기 램프가 연결된 출력 트랜스와, 상기 출력 트랜스의 2차측에 서로 반대방향으로 권선되어 서로 역극성의 전압을 발생하는 한쌍의 발진 트랜스와, 상기 발진 트랜스에 의해 교대로 도통되어 상기 출력 트랜스를 통하여 주기적으로 반대방향으로 흐르는 전류 흐름경로를 이루는 한쌍의 제1 및 제2 발진 트랜지스터와, 상기 제1발진 트랜지스터의 에미터와 제2발진 트랜지스터의 콜렉터 사이에 병렬접속된 결합 트랜스 및 제1콘덴서의 제1 병렬공진회로와, 상기 출력 트랜스의 1차측과 병렬접속되어 제2 병렬공진회로를 형성하며, 일측이 상기 결합 트랜스의 중간탭에 접속되고, 타측이 상기 제2정전압 출력에 연결된 제2 콘덴서와, 초기 기동시에는 상기 제2 정전압 출력에 의해 도통되고 초기 기동 이외에는 상기 발진 재시동수단의 구동에 따라 상기 제2 발진 트랜지스터를 턴온시켜 발진을 시동시키기 위한 발진 시동소자로 구성된다.

본 발명에서는 상기 출력 트랜스의 2차측이 단락된 경우 상기 제1 및 제2 병렬공진회로의 공진 주파수는 서로 동일하게 설정되어 병렬공진이 이루어지므로 상기 제1 및 제2 발진 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류는 감소하게 되며, 그 결과 발진 트랜지스터를 보호할 수 있게 된다.

또한 상기 역률개선/자동전압 조정부는 전원입력부에서 인가되는 전파정류된 전압의 위상을 검출하기 위한 위상검출수단과, 상기 전파정류 전압이 입력에 인가된 스위칭 트랜스와, 상기 스위칭 트랜스의 출력에 콜렉터가 접속되며 베이스로 인가되는 고주파 발진신호에 따라 연속적으로 상기 전파정류 전압을 스위칭시키기 위한 스위칭 트랜지스터와, 상기 고주파 스위칭된 전파정류 전압을 평활시켜 상기 제1 및 제2 정전압을 발생하기 위한 평활수단과, 상기 제1 정전압의 출력레벨을 검출하기 위한 출력레벨 검출수단과, 상기 출력레벨과 기준전압의 차이에 따라 발생된 오차신호에 의해 제1 정전압의 출력레벨이 기준전압과 일치하도록 상기 전파정류 전압의 위상과 일치하는 펄스폭변조된 구형파 발진신호를 발생하여 스위칭 트랜지스터의 베이스로 인가하는 펄스폭변조수단으로 구성되어, 입력전압과 출력전류에 무관하며 리플없는 제1 및 제2 고역률 정전압을 발생하게 된다.

상기한 바와같이 본 발명에서는 역률개선/자동전압 조정부에서 전파정류된 전압의 위상에 따라 이와 일치하는 펄스폭변조(PWM)된 구형파 발진신호를 사용하여 전파정류 전압을 연속적으로 스위칭 처리하므로 입력전압과 출력전류에 무관한 고역률 정전압을 발생한다. 그 결과 리플없는 정전압을 제공하여 램프의 수명을 최대로 연장하면서도 역률개선을 기할 수 있다.

또한 램프 이탈 및 수명 말기시의 점등불가인 경우에는 발진/출력부의 작동을 정지시키고 일정한 주기마다 발진부를 재시동시키는 방식에 의해 최소한의 소비전력으로 유지하고, 출력 트랜스의 단락인 경우에는 별도의 부가회로 없이도 자동으로 발진/출력부의 출력 트랜스가 병렬공진 상태로 설정되도록 구성하여 발진 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류를 최소화시킴에 의해 각종 회로소자를 보호할 수 있어 장수명, 고신뢰성 안정기로서 기능을 갖는다.

[실시예]

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

첨부된 제3(a)도 및 제3(b)도는 본 발명에 따른 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기에 대한 상세 회로도, 제4도는 제3도에 도시된 역률개선/자동전압 조정부의 주요 부분에 대한 파형도이다.

먼저 제3도를 참고하면, 본 발명에 따른 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기는 크게 나누어서 과전압, 과전류, 전자파 불요복사 차단, 및 전파정류를 수행하는 전원입력부(10)와, 전원입력부(10)에서 인가되는 전파정류된 전압의 위상에 따라 이와 일치하는 펄스폭변조(PWM)된 구형파 발진신호를 사용하여 스위칭 트랜지스터(03)에 의해 전파정류 전압을 연속적으로 스위칭 처리하여 입력전압과 출력전류에 무관한 고역률 정전압을 발생하기 위한 역률개선/자동전압 조정부(20)와, 상기 정전압을 구동전원으로 사용하여 출력 트랜스(T4)에 결합된 서로 반대극성의 한쌍의 발진 트랜스(T4A,T4B)에 의해 한쌍의 발진 트랜지스터(Q1,Q2)를 교대로 스위칭 구동하여 출력 트랜스(T4)의 2차측에 결합된 저압 나트륨 램프(LP)를 점등시키는 발진/출력부(30)와, 상기 출력 트랜스(T4)의 2차측에 결합된 램프(LP)에 전류가 흐르는 것을 검출하기 위한 램프전류 검출부(40)와, 램프의 이탈 및 수명 말기시의 점등불가로 인하여 램프전류 검출부(40)로부터 램프전류를 검출하지 못하는 경우 발진 트랜지스터(Q2)를 오프시켜 발진/출력부(30)를 정지시키기 위한 발진정지부(50)와, 발진/출력부(30)가 정지된 경우 설정된 주기마다 발진/출력부(30)를 재시동시키기 위한 발진 재시동부(60)로 구성된다.

이하에 상기한 각각의 구성부분을 순차적으로 상세하게 설명한다.

먼저 상기 전원 입력부(10)는 상용 AC전원이 인가되는 입력단자에 퓨우즈(F1)가 직렬접속되고, 퓨우즈(F1)의 타단에 콘덴서(C1,C2) 및 과전압 흡수용 서어지업소버(Z1)가 병렬접속되어 있으며, 또한 서어지 업소버(Z1)의 후단에는 전자파의 불요복사를 방지하기 위한 전자파 필터(T1)를 거쳐 과전류 방지소자(Z2)와 전자파 흡수/제거를 위한 3개의 콘덴서(C3-C5)가 직렬 및 병렬접속되어 있다. 이러한 전원 입력부(10) 구성은 주지되어 있다.

이어서 상기 콘덴서(C5)의 양단에는 4개의 다이오드(D1-D4)를 이용한 브리지 정류회로가 접속되어 AC 입력전압을 전파정류하여 제4도에 도시된 바와같은 파형을 갖는 전파정류전압(Vdb)이 얻어진다.

그후 전파정류전압(Vdb)은 종래와 같은 평활과정을 거치지 않고 바로 역률개선/자동전압 조정부(20)의 스위칭 트랜스(T2)의 1차측에 인가됨과 동시에 전파정류전압(Vdb)의 위상에 따라 PWM(펄스폭변조) 제어용 구형파 발진신호를 발생하는 PWM IC(25)에 인가된다.

상기 PWM IC(25)는 정류전압(Vdb)의 위상을 검출하기 위해 저항(R1,R2)의 전압분압회로를 통하여 정류전압(Vdb)의 일부를 핀3을 통하여 받아들인후, 이로부터 위상을 검출하여 정류전압(Vdb)의 위상에 일치한 PWM 제어용 구형파 발진신호(Sp)를 발생하여 핀7을 통하여 게이트 저항(R6)를 거쳐 스위칭 트랜지스터(Q3)에 인가된다.

이경우 PWM 제어용 구형파 발진신호(Sp)는 역률개선/자동전압 조정부(20)의 출력으로부터 리플이 없는 일정한 DC 전압(Vcc)을 발생하도록 제4도에 도시된 바와같이 정류전압(Vdb)의 레벨에 반비례하는 펄스폭을 갖게 하여 전압레벨이 높은 경우에는 펄스폭이 좁고 낮은 경우에는 펄스폭이 넓게 변조되어 스위칭 트랜지스터(Q3)에 인가된다.

그 결과 스위칭 트랜지스터(Q3)는 스위칭 트랜스(T2)를 통하여 전파정류전압(Vdb)를 드레인으로 공급받아 게이트에 인가되는 구형파 발진신호(Sp)와 동일한 주기로 연속적인 온/오프 스위칭 동작을 하게 된다. 따라서 스위칭 트랜스(T2)에서는 역기전압이 발생하므로 이전압이 후단의 정류용 다이오드(D6)를 거치면서 정류되고 평활용 콘덴서(C11,C12)에서 평활처리되어 일정한 레벨의 DC 전압(Vcc)이 출력된다.

이때 출력 DC 전압의 일부가 저항(R9), 가변저항(VR), 저항(R10)의 분압회로로부터 레벨이 검출되어 저항(R11,R12) 및 콘덴서(C9)를 통하여 PWM IC(25)로 피드백 된다. 그 결과 PWM IC(25) 내부에서는 설정된 기준전압(Vref)과 검출된 출력 DC 전압(Vcc)과를 비교하여 에러신호를 발생함에 의해 구형파 발진신호(Sp)를 보정하여 출력 DC 전압(Vcc)의 레벨을 일정하게 유지시킨다.

즉, 출력 DC 전압(Vcc)에 포함된 리플전압(Vrip)이 기준전압(Vref) 보다 낮은 부분에서는 전압검출에 의해 출력전류(I)를 증가시킴에 의해(즉, 스위칭 트랜지스터(Q3)의 도통기간을 증가시킴에 의해) 출력 전압(Vcc) (Vcc = N(스위칭 트랜스의 1차코일 권선수)×1(전류))의 레벨을 리플성분 없이 일정하게 유지한다.

한편 FET 스위칭 트랜지스터(Q3)의 소오스와 소오스 저항(Rs) 사이에는 스위칭 트랜지스터(Q3)를 통하여 과전류가 흐르는 것을 막아서 트랜지스터를 보호하기 위한 과전류 검출회로가 저항(R7)과 콘덴서(C10)에 의해 구성되어 PWM IC(25)의 핀4로 과전류 검출신호를 입력한다.

또한 저항(R3,R4)과 콘덴서(C7) 및 다이오드(D5)는 PWM IC(25)에 대한 구동전원을 핀8로 제공하는 전원부이고, PWM IC(25)의 핀5에는 후에 설명하는 발진/출력부(30)에 있는 발진 트랜지스터(Q1)의 에미터와 연결되어 발진/출력부(30)가 발진하고 있는 경우에만 PWM IC(25)가 동작하도록 되어 있으며, 콘덴서(C6)는 위상 보정용이다.

상기한 바와같이 본 발명에서는 역률개선/자동전압 조정부(20)가 SMPS(Switching Mode Power Supply) 방식으로 출력 DC 전압(Vcc)의 레벨을 리플성분없이 일정하게 유지함과 동시에 이경우 평활과정을 거치지 않은 전파정류전압(Vdb)의 위상에 따라서 PWM 발진신호(Sp)를 발생하여 스위칭 트랜지스터(Q3)를 구동하므로 종래의 평활된 전파정류전압을 사용하는 방식보다 역률을 크게 개선할 수 있고 램프의 수명을 연장할 수 있게 된다.

한편 발진/출력부(30)는 출력 트랜스(T4)의 2차측에 서로 반대방향으로 권선되어 서로 역극성의 전압을 발생하는 한쌍의 발진 트랜스(T4A,T4B)가 각각 저항(R15;R18)과 역방향 접속 다이오드(D7;D10)의 병렬회로를 통하여 각각 한쌍의 발진트랜지스터(Q1,Q2)의 베이스에 연결되어 있고, 제1발진 트랜지스터(Q1)의 에미터와 제2발진 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 사이에는 병렬접속된 결합 트랜스(T3)와 콘덴서(C14)가 연결되어 있다.

상기 결합 트랜스(T3)의 중간탭에는 서로 병렬접속된 상기 출력 트랜스(T4)의 1차측과 콘덴서(C17)가 연결되어 있고, 출력 트랜스(T4)의 2차측에는 결합 콘덴서(C19,C20)를 통하여 나트륨 램프(LP)가 연결되어 있다.

또한 서로 병렬접속된 상기 출력 트랜스(T4)의 1차측과 콘덴서(C17)의 타단에는 서로 병렬 접속된 저항(R31)과 콘덴서(C18)를 통하여, 상기 역률개선/자동전압조정부(20)의 평활 콘덴서(C11,C12) 간의 접속점(C)에 연결되어 있으며, 상기 접속점(C)에는 직렬접속된 저항(R17)과 저항의 타단과 접지간에 삽입된 콘텐서(C15)가 연결되어 있다. 상기 저항(R17)의 타단과 상기 제2발진 트랜지스터(Q2)의 베이스 사이에는 발진/출력부(30)를 시동시키는 다이액(D9)이 연결되어 있고, 또한 저항(R17)의 타단과 상기 제2발진 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 사이에는 구동전원을 공급하는 통로를 형성하는 다이오드(D8)가 순방향으로 연결되어 있다.

한편, 상기 역률개선/자동전압 조정부(20)의 출력 DC 전압(Vcc)은 제3(b)도의 단자(A)로부터 과열방지용 온도스위치(TF)를 통하여 제1발진 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 인가되도록 연결되고, 제1발진 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 베이스 사이에는 바이어스용 저항(R16), 콜렉터와 에미터 사이에는 트랜지스터 보호용 다이오드(D11), 베이스와 에미터 사이에는 고주파 신호 바이패스용 콘덴서(C13)가 연결되어 있다.

또한 제2발진 트랜지스터(Q2)에도 유사하게 트랜지스터 보호용 다이오(D12)와 저항(R19), 고주파 신호 바이패스용 콘덴서(C16)가 연결되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 발진/출력부(30)의 작용을 이하에 상세하게 설명한다.

먼저 접속점(C)로부터 DC 전압(Vcc)의 일부가 저항(R17)을 통하여 콘덴서(C15)에 인가되어 전하가 충전되면, 이 충전전압에 의해 다이액(D9)이 턴온된다. 그결과 제2발진 트랜지스터(Q2)의 베이스에 바이어스 전압이 인가되어 제2발진 트랜지스터(Q2)도 턴온된다. 따라서 접속점(C)으로부터 콘덴서(C18)와 트랜스(T4,T3)를 통하여 트랜지스터(Q2)로 전류가 흐르게 되고, 그 결과 출력 트랜스(T4)의 2차측에 결합된 발진 트랜스(T4A,T4B)에 서로 역극성의 전압이 유기되어 각각 발진 트랜지스터(Q1,Q2)의 베이스에 인가된다.

따라서 제2발진 트랜지스터(Q2)의 베이스에 정전압(+)이 인가되고, 제1발진트랜지스터(Q1)의 베이스에 부전압(-)이 인가되면, 트랜지스터(Q1)는 오프상태로 되고 트랜지스터(Q2)로는 트랜스(T3,T4)를 통하여 전류가 계속 흐르게 된다. 이상태가 지속되면 트랜스(T3,T4)는 포화상태로 되므로 출력 트랜스(T4)의 2차측에 결합된 발진 트랜스(T4A,T4B)에는 유도전압이 소멸하게 되고, 이에따라 트랜지스터(Q2) 또한 오프상태로 된다.

트랜지스터(Q2)가 오프상태로 되면, 출력 트랜스(T4)에는 역기전압이 발생하게 되며, 이에따라 발진 트랜스(T4A,T4B)에는 상기와 반대방향의 전류가 흐르게 되어 트랜지스터(Q1)의 베이스에는 정전압이 인가되어 턴온되고, 트랜지스터(Q2)의 베이스에는 부전압이 인가되어 턴오프 된다.

그후 접속점(A)으로부터 트랜지스터(Q1)와 트랜스(T3,T4)를 통하여 후에 상세하게 설명될 발진 재시동부(60)의 트랜지스터(Q4)를 통하여 접지로 전류가 흐르게 된다. 이 상태를 지속하게 되면 상기와 유사하게 트랜스(T3,T4)가 포화하게 되어 발진 트랜지스터(Q1,Q2)의 동작상태와 전류의 흐름방향이 바뀌게 된다. 이와같이 발진동작이 반복되면서 출력 트랜스(T4)를 통하여 전류가 흐를때 2차측에 콘덴서(C20)를 통하여 연결된 램프(LP)에도 전류가 흐르게 되어 점등이 이루어진다.

이와같이 발진 트랜지스터(Q1,Q2)의 발진동작이 반복될 때 트랜스(T4,T3)의 코일과 그의 양단에 접속된 콘덴서(C17,C18) 사이에는 각각 병렬공진이 형성된다. 이경우 트랜스(T3)의 공진 주파수(f1)는 트랜스(T4)의 공진 주파수(f2) 보다 낮게 설정된다.

이경우 만약 출력 트랜스(T4)의 2차측이 단락될 경우 트랜스(T4)의 공진 주파수(f1′)가 트랜스(T3)의 공진 주파수(f2)와 거의 같도록 시정수를 미리 설정하면, 병렬공진이 이루어지므로 임피던스(Z)는 무한대로 되어, 그 결과 이를 통하여 흐르는 전류(I=V/Z)는 트랜스(T4)의 2차측이 단락되기 전보다 오히려 감소하게 되며, 따라서 발진 트랜지스터(Q1,Q2)에 흐르는 전류도 감소하여 회로가 안정된다.

한편 본 발명에서는 램프(LP)가 이탈된 경우 또는 램프의 수명 말기시에 점등이 되지 않는 경우 불필요한 전력소비를 막기 위하여 발진/출력부(30)의 작동을 정지시킬 필요가 있다.

이를 위하여 본 발명에서는 상기 출력 트랜스(T4)의 2차측에 결합된 램프(LP)에 전류가 흐르는 것을 검출하기 위한 램프전류 검출부(40)와, 램프전류 검출부(40)로부터 램프전류를 검출하지 못하는 경우 발진 트랜지스터(Q2)를 오프시켜 발진/출력부(30)를 정지시키기 위한 발진정지부(50)와, 발진/출력부(30)가 정지된 경우 설정된 주기마다 발진/출력부(30)를 재시동시키기 위한 발진 재시동부(60)를 또한 구비하고 있다.

상기 램프전류 검출부(40)는 램프(LP)와 결합 콘덴서(C20) 간의 접속점으로 부터 저항(R24)을 통하여 램프(LP)에 전류가 흐르고 있는 지를 판단한다. 만약 램프(LP)에 전류가 흐르는 경우에는 다이오드(D13)를 통하여 콘덴서(C24)에 전하가 충전/평활되므로 콘덴서(C24) 양단의 전압에 의해 트랜지스터(Q6)는 턴온된다.

이경우 발진 정지부(50)의 SCR은 게이트 전압이 트랜지스터(Q6)에 의해 접지되어 있으므로 오프상태에 있게 되고, 그 결과 트랜지스터(Q7) 또한 오프상태에 있게 된다. 따라서 트랜지스터(Q7)의 콜렉터와 연결된 발진 트랜지스터(Q2)는 영향을 받지 않는다.

그러나 상기와 반대로 만약 램프(LP) 이탈 등으로 램프에 전류가 흐르지 않는 경우에는 다이오드(B13)를 통하여도 전류가 흐르지 않게 되어 트랜지스터(Q6)는 턴온되지 못한다. 이경우 SCR의 게이트에는 출력 트랜스(T4)의 2차측에 결합된 코일(L1)로부터 다이오드(D25)를 통하여 전류가 흘러 게이트 단자에 (+)전압이 인가되므로 SCR은 턴온되고, 또한 트랜지스터(Q7)도 턴온되어 발진 트랜지스터(Q2)의 베이스는 접지상태로 된다. 그결과 발진 트랜지스터(Q2)는 오프상태로 되어 발진이 정지되므로 발진/출력부(30) 전체가 오프상태로 된다.

한편, 상기와 같이 발진/출력부(30)가 정지된 경우 다이오드(D15)를 통하여 유기되는 전류가 없기 때문에 콘덴서(C25)에 충전되어 있던 전하가 서서히 저항(R29,RR23,R25)을 통하여 접지로 방전하게 된다. 이 경우 발진 재시동부(60)의 트랜지스터(Q4)의 베이스에 걸리는 베이스 전압도 없어지므로 트랜지스터(Q4)는 오프상태로 된다.

그 결과 발진/출력부(30)의 저항(R17)으로부터 트랜지스터(Q4)를 통하여 전류가 흐르지 못하게 되어 콘덴서(C15)에 전하가 충전되면 다시 다이액(D9)이 도통상태로 되어 전류가 흐르게 되므로 상기한 바와같이 다시 발진동작이 재개된다. 이경우 발진 재시동 주기는 콘덴서(C25)의 시상수에 의해 결정된다.

이와같이 종래 안정기에서는 램프가 이탈 또는 점등불가와 같은 무부하상태로 될 경우 램프와 병렬접속되어 있는 콘덴서가 발진 트랜스 또는 쵸크코일과 직렬공진을 일으키는 회로구조를 갖고 있었기에 과전류가 흐르게 되어 이에 대한 대비회로가 구조적으로 필요하였고, 일단 발진동작이 정지된 경우에는 재시동이 이루어지지 못하였으나, 본 발명에서는 출력 트랜스의 2차측에 램프 부하가 접속된 구조로서 무부하시에는 이를 검출하여 발진/출력부의 발진을 정지시켜 전력소비를 방지하며, 그러나 일정 주기별로 발진/출력부를 재시동시켜 발진동작이 이루어질 수 있게 하였다.

또한 출력 트랜스의 출력이 단락되는 경우에는 병렬 콘덴서가 트랜스와 병렬공진을 이루도록 회로가 구성되어 과전류가 흐르게 되는 현상을 구조적으로 막을 수 있게 되었다

상기한 바와같이 본 발명에서는 역률개선/자동전압 조정부에서 전파정류된 전압의 위상에 따라 이와 일치하는 PWM 변조된 구형파 발진신호를 사용하여 전파정류 전압을 연속적으로 스위칭 처리하므로 입력전압과 출력전류에 무관한 고역률 정전압을 발생한다. 그 결과 리플없는 정전압을 제공하여 나트륨 램프의 수명을 최대로 연장하면서도 역률개선을 기할 수 있게 된다.

또한 램프 이탈 및 수명 말기시의 점등불가인 경우에는 발진/출력부의 작동을 정지시키고 일정한 주기마다 발진부를 재시동시키는 방식에 의해 최소한의 소비전력으로 유지하고, 출력 트랜스의 2차측이 단락인 경우에는 별도의 부가회로 없이도 자동으로 발진/출력부의 발진 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류를 최소화시킴에 의해 각종 회로소자를 보호할 수 있어 장수명, 고신뢰성 안정기로서 기능을 갖는다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims

전원입력부에서 인가되는 전파정류된 전압의 위상에 따라 이와 일치하는 펄스폭변조된 구형파 발진신호를 사용하여 스위칭 트랜지스터에 의해 전파정류 전압을 연속적으로 스위칭 처리하여 입력전압과 출력전류에 무관한 제1 및 제2 고역률정전압을 발생하기 위한 역률개선/자동전압 조정부와, 상기 정전압을 구동전원으로 사용하여 출력 트랜스에 결합된 서로 반대극성의 한쌍의 발진 트랜스에 의해 한쌍의 제1 및 제2 발진 트랜지스터를 교대로 스위칭 구동하여 병렬공진회로를 이루는 출력 트랜스의 2차측에 병렬 접속된 저압 나트륨 램프를 점등시키는 발진/출력부와, 상기 출력 트랜스의 2차측에 결합된 상기 램프에 전류가 흐르는 것을 검출하기 위한 램프전류 검출부와, 상기 램프의 이탈 및 수명 말기시의 점등불가로 인하여 상기 램프전류 검출부로부터 램프전류를 검출하지 못하는 경우 상기 제2 발진 트랜지스터를 오프시켜 상기 발진/출력부를 정지시키기 위한 발진정지부와, 상기 발진/출력부가 정지된 경우 설정된 주기마다 발진/출력부를 재시동시키기 위한 발진 재시동수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기.
제1항에 있어서, 상기 발진/ 출력부는 2차측에 결합 콘덴서를 통하여 상기 램프가 병렬 연결된 출력 트랜스와 상기 출력 트랜스의 2차측에 서로 반대방향으로 권선되어 서로 역극성의 전압을 발생하는 한쌍의 발진 트랜스와, 상기 발진 트랜스에 의해 교대로 도통되어 상기 출력 트랜스를 통하여 주기적으로 반대방향으로 흐르는 전류 흐름경로를 이루는 한쌍의 제1 및 제2 발진 트랜지스터와, 상기 제1발진 트랜지스터의 에미터와 제2발진 트랜지스터의 콜렉터 사이에 병렬접속된 결합 트랜스 및 제1콘덴서의 제1 병렬공진회로와, 상기 출력 트랜스의 1차측과 병렬접속되어 제2 병렬공진회로를 형성하며, 일측이 상기 결합 트랜스의 중간탭에 접속되고, 타측이 상기 제2정전압 출력에 연결된 제2 콘덴서와, 초기 기동시에는 상기 제2 정전압 출력에 의해 도통되고 초기 기동 이외에는 상기 발진 재시동수단의 구동에 따라 상기 제2 발진 트랜지스터를 턴온시켜 발진을 시동시키기 위한 발진 시동소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기.
제2항에 있어서, 상기 출력 트랜스의 2차측이 단락된 경우 상기 제1 및 제2 병렬공진회로의 공진 주파수는 서로 동일하게 설정되어 상기 제1 및 제2 발진 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류가 감소하는 것을 특징으로 하는 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기.
제1항에 있어서, 상기 역률개선/자동전압 조정부는 전원입력부에서 인가되는 전파정류된 전압의 위상을 검출하기 위한 위상검출단과, 상기 전파정류 전압이 입력에 인가된 스위칭 트랜스와, 상기 스위칭 트랜스의 출력에 콜렉터가 접속되며 베이스로 인가되는 고주파발진신호에 따라 연속적으로 상기 전파정류 전압을 스위칭시키기 위한 스위칭 트랜지스터와, 상기 고주파 스위칭된 전파정류 전압을 평활시켜 상기 제1 및 제2 정전압을 발생하기 위한 평활수단과, 상기 제1 정전압의 출력레벨을 검출하기 위한 출력레벨 검출수단과, 상기 출력레벨과 기준전압의 차이에 따라 발생된 오차신호에 의해 제1 정전압의 출력레벨이 기준전압과 일치하도록 상기 전파정류 전압의 위상과 일치하는 펄스폭변조된 구형파 발진신호를 발생하여 스위칭 트랜지스터의 베이스로 인가하늘 펄스폭변조수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 저압 나트륨 램프용 안정기.