KR100289969B1 - 직류용 3파장 인버터 컴팩트 램프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3파장 인버터 컴팩트 램프에 관한 것으로, 제너다이오드(ZD) 및 복수의 트랜지스터(Q1-Q4)의 조합으로 입력되는 전압이 설정된 전압이하가 되면 램프를 점멸시켜 사용자에게 경고를 하는 저전압 경보부(10)와, 저항 및 콘덴서의 구성으로 충방전되는 특성을 이용하여 전원이 입력된 후에 일정시간동안은 낮은 전압이 스위칭소자에 전달되도록 한 다음에 본격적인 동작이 이루어지도록 하는 램프 필라멘트 예열부(20)와, 램프(50)를 점등시키는 전자식 안정기부(30) 및 소정세기의 빛을 발광하는 램프부(40)를 구성하여 상용의 교류전압(AC) 대신에 일반 배터리나 충전용 배터리에서 발생되는 직류전압(DC)으로 형광램프를 고주파로 점등시킬 수 있도록 함으로써 고주파의 스위칭시에 트랜지스터의 스위칭 손실을 최소화하여 열손실을 없애고 고효율의 작동을 하며 소형화시킨 것이다.

Description

직류용 3파장 인버터 컴팩트 램프
본 발명은 3파장 인버터 컴팩트 램프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상용의 교류전압(AC) 대신에 일반 배터리나 충전용 배터리에서 발생되는 직류전압(DC)으로 형광램프를 고주파로 점등시킬 수 있도록 한 직류용 3파장 인버터 컴팩트 램프에 관한 것이다.
종래의 일반적인 형광램프나 3파장 형광램프 또는 백열등과 같은 조명등은 교류전원을 사용하여 점등할 수 있도록 된 것이 대부분이고, 상기 형광램프는 백열등에 비하여 월등히 높은 광효율과 긴 수명을 가지고 있으며, 또한, 형광램프는 20KHz이상의 고주파에서 동작하게 되면 약 15%이상의 발광효율이 증가하게 된다.
이러한 형광램프를 직류전압으로 점등시킬 수 있도록 한 것이 3파장 인버터 컴팩트 램프이다.
그러나, 상기 3파장 인버터 컴팩트 램프는 단순히 직류전압으로 점등시킬 수 있는 기능만이 있어 오결선으로 인하여 전극의 극성이 바뀌었거나 램프의 수명이 다하였을 경우에 램프의 작동에 치명적인 고장의 원인될 수 있었다. 또, 램프의 필라멘트 예열회로를 내장하지 않았을 경우에 램프의 점등때에 램프의 필라멘트에 충격전압이 가해져 램프의 수명을 단축시키고 흑화현상을 발생시키는 주요한 원인으로 작용하였다.
따라서, 종래에 비상용이나 휴대용으로 사용할 수 있는 직류전압용 컴팩트 램프는 낮은 직류전압을 높은 교류전압으로 변환시켜야만 형광램프를 동작시킬 수 있었고, 이러한 낮은 직류전압으로 큰 전류를 흘리게 되면 회로특성이 열화되게 되며, 램프의 수명을 연장시키기 위하여 램프 필라멘트 예열회로와 각종 보호용 회로를 램프 구동용 회로기판의 한정된 면적에 집적시켜야 하는 문제점이 있었다.
또한, 상기 1석식 플라이백 방식의 직류전압용 컴팩트 램프는 종래의 건전지나 배터리를 이용한 할로겐램프나 백열등이 배터리의 용량에 비해 사용시간이 짧은 단점을 보완하기 위하여 개발된 것이지만, 이 역시 용량이 작고 램프의 점등시에 흑화현상이 빠르며, 불빛의 떨림현상 등 아직은 안정되지 않은 특징으로 인하여 사용상 불편한 문제점이 노출되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 12∼48V 등의 직류전압에서 형광램프를 점등시킬 수 있고, 형광램프의 점등시에 램프에 가해지는 충격전압을 완화시켜 램프의 수명을 연장시킬 수 있으며, 램프의 점등중에 배터리의 공급전압이 기준값이하로 저하되었을 경우에 이를 감지하여 알려주고, 배터리와의 오결선상태에서도 램프를 보호할 수 있으며, 결합 및 휴대가 간편하도록 소형화시킨 직류용 3파장 인버터 컴팩트 램프를 제공하기 위한 것이 목적이다.
도 1은 본 발명에 따른 직류용 3파장 인버터 컴팩트 램프의 구성 및 전원결선도.
도 2는 본 발명의 다른 구성상태도.
도 3은 본 발명에 따른 직류용 3파장 인버터 컴팩트 램프의 회로구성도.
♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣
10: 저전압 경보부 20: 램프 필라멘트 예열부
30: 전자식 안정기부 40: 램프부
42: 전선 44: 램프걸이
46:베이스 홀더 48: 커버
48a-48c: 에어홀 50: 램프
52, 53: 연결용 잭 56: 소켓
58: 플러그 60: 배터리
62: 충전기 100: 회로기판
D: 다이오드 C1-C6: 콘덴서
R1-R6: 저항 Q1-Q4: 트랜지스터
ZD: 제너다이오드 T: 트랜스포머 L1, L2: 코일
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 휴즈를 거쳐 인가되는 배터리의 직류전압의 반파만을 통과시키는 반파정류용 다이오드; 다이오드를 통과한 배터리의 직류전압내에 함입된 서지전압 및 노이즈성분을 걸러내는 콘덴서; 상기 콘덴서에 병렬로 연결되어 제 1트랜지스터의 베이스단에 인가되는 전압을 강하시키는 저항과, 저항과 직렬로 연결되어 소정크기의 전압만을 도통시키는 제어다이오드와, 제너다이오드의 애노드단에 병렬로 연결되어 입력되는 전압을 충방전시키는 콘덴서 및 저항 및 다이오드의 캐소드단에 컬렉터단이 연결되고, 에미터단에 저항이 연결되며, 베이스단이 저항 및 제너다이오드 사이에 연결되어 인가되는 전압을 스위칭하는 제 1트랜지스터로 구성되어 상기 제어다이오드와 제 1트랜지스터에 의해 설정된 전압이하가 인가되면 출력전압을 단속하는 저전압 경보부; 베이스단이 제 1트랜지스터의 에미터단에 저항을 통해 연결되고, 컬렉터단이 다이오드의 캐소드단에 저항을 통해 연결되며, 에미터단이 제너다이오드의 애노드단에 콘덴서를 통해 연결되어 일정시간동안 낮은 전압을 출력한 후에 정상적인 구동전압을 출력하는 램프 필라멘트 예열부; 입력된 전압을 안정된 전압으로 출력시키는 코일과, 제 2트랜지스터의 에미터단에 각각 병렬로 연결되어 분배된 전압을 강하시키는 분배저항과, 분배저항에 베이스단이 각각 연결되고, 컨덴서의 일단에 컬렉터단이 연결되며, 에미터단이 컨덴서 및 저항에 연결된 스위칭용 제 3 및 제 4트랜지스터와, 1차 권선이 제 3 및 제 4트랜지스터의 베이스단에 연결되고, 2차권선이 제 3 및 제 4트랜지스터의 컬렉터단과 코일에 연결되어 권선비에 의해 고주파의 사인파를 출력하는 트랜스포머 및 트랜스포머의 2차권선에 각각 직병렬로 연결되어 안정된 전압을 출력시키는 콘덴서 및 코일로 구성되어 램프를 안정적으로 점등시키는 전자식 안정기부; 및 트랜스포머의 일단과 코일의 일단에 연결되고, 필라멘트용 컨덴서가 병렬로 연결되어 소정 밝기의 빛을 방출하는 램프부로 이루어진 것이 특징이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 직류용 3파장 인버터 컴팩트 램프의 구성 및 전원결선도이다.
램프부(40)는 전선(42)을 통해 직류전원이 인가되는 베이스 홀더(46)가 구성되고, 베이스 홀더(46)는 절연체를 사용하고, 내부에는 램프(50)를 점등시키는 회로기판(100)이 내장되어 있다.
상기 베이스 홀더(46)의 일측에는 램프부(40)를 걸어두거나 고정시키기 위한 램프걸이(44)가 형성되고, 램프걸이(44)는 고리형상이거나 원형의 링형상으로 이탈착이나 소정의 방향으로 회전이 가능한 것이 바람직하다.
강화형 커버(48)는 상기 베이스 홀더(46)의 일측에 삽입되어 3파장의 빛을 방출하는 램프(40)를 보호하기 위하여 외측에 구성된 것으로, 복수의 에어홀(48a-48c)이 형성되고, 재질은 충격 및 열에 강한 투명한 합성수지나 강화유리 등을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 복수의 에어홀(48a-48c)은 베이스 홀더(46)와 커버(48)가 결합되는 부위에 복수의 에어홀(48a, 48b)을 형성하고, 또, 커버(48)의 끝단부에 에어홀(48c)을 형성하여 공기의 유출이 가능하도록 함으로써 램프(50)에서 발생할 수 있는 열을 외부로 방출할 수 있도록 한 것이다.
램프(50)는 상기 커버(48)의 내측에 베이스 홀더(46)의 결합부에 결합되어 회로기판(100)으로부터 인가되는 교류전원으로 점등되는 것으로, 3파장의 빛을 발광하는 3파장 램프이거나 통상의 형광램프 등을 연결하여 사용한다.
또한, 램프부(40)는 상기 직류전원이 인가되는 전선(42)에 병렬로 구성된 복수의 연결용 잭(52, 53)이 있어 연결용 잭(52, 53)에 복수의 램프부(40)를 연결하여 사용할 수 있도록 하였다.
또한, 전선(42)의 일단에는 차량의 시거라이터 소켓(56)에 연결시킬 수 있도록 하는 플러그(58)나 일반용 배터리(60)의 전극에 연결시킬 수 있도록 클립(59)을 연결시켜 사용할 수 있고, 상기 일반 충전용 배터리(60)는 교류전원을 직류전원으로 변환시켜 충전시킬 수 있는 충전기(62)가 선택적으로 연결될 수 있도록 하였다.
상기 회로기판(100)은 전선(42)을 통해 인가되는 직류전원이 저전압일 경우에 경보를 하거나 배터리(60)의 전극이 오결선되는 것을 방지하기 위한 저전압 경보부(10), 램프(50) 필라멘트를 예열하는 램프 필라멘트 예열부(20), 램프(50)를 점등시키는 전자식 안정기부(30) 및 소정 밝기의 빛을 발광하는 램프부(40) 등의 회로로 이루어져 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명을 도 3의 회로구성도를 참조하여 구체적으로 설명한다.
회로내의 다이오드(D)는 배터리(60)의 극성이 바뀌어도 전자식 안정기부(30)가 작동되지 않도록 순방향으로만 접속되어 전자식 안정기부(30)의 입력을 보호하는 기능을 한다. 즉 배터리(60)의 전압이 퓨즈(F)를 거쳐 다이오드(D)로 인가될 때에 배터리(60)의 (－)극성이 다이오드(D)에 걸리면 전압이 차단상태가 되어 인가되지 않고 (＋)극성이 다이오드(D)에 걸리면 전압은 도통상태가 되게 하는 것이다.
배터리(60)의 전원이 다이오드(D)를 통하여 인가되면 병렬로 연결된 콘덴서(C1)는 전원에 함입된 외부 또는 내부의 노이즈 및 잡음신호를 흡수하여 차단시키고, 입력되는 전압(예를 들어, 12V)이 저항(R1), 제너다이오드(ZD) 및 저항(R3)을 통해 인가되면 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스단에 전압이 인가되어 제 1트랜지스터(Q1)는 턴온상태가 되고, 또, 저항(R2, R4)에 의해 제 2트랜지스터(Q2)로 저항(R5, R6)에 각각 베이스단의 구동전압이 인가되며, 저전압일 경우(약 10.5V)에는 제너다이오드(ZD)의 항복전압(Break Down)이 동작되지 않으므로 콘덴서(C2, C3) 및 저항(R3)에 의해 충전 및 방전이 계속되므로 제 1트랜지스터(Q1) 및 제 2트랜지스터(Q2)는 온 및 오프를 반복적으로 계속하게 되어 저항(R5, R6)의 베이스단 구동전압도 계속적으로 온 및 오프되어 출력측의 램프(50)도 연속적으로 점등 및 소등상태로 점멸된다.
이는 저전압 경고도 함과 동시에 더 이상 입력전압이 저하하였을 경우에 제 2트랜지스터(Q2)가 오프되므로 전자식 안정기부(30)는 동작을 하지 않고 셧다운(Shut Down)되어 더 이상의 배터리(60)가 사용되지 않도록 하여 배터리(60)의 무단사용으로 인한 배터리(60)의 완전 방전을 사전에 방지시킨 것이다.
전자식 안정기부(30)에 구성된 고주파 트랜스포머(T)는 변압기의 포화특성을 이용한 자려식 발진기로, 제 3 및 제 4트랜지스터(Q3, Q4)의 기동용 저항(R5, R6)을 흐르는 전류가 제 3 및 제 4트랜지스터(Q3, Q4)의 베이스단으로 흐르면 제 3 및 제 4트랜지스터(Q3, Q4) 사이의 불평형으로 어느 한 쪽의 트랜지스터(에를 들어, 제 3트랜지스터(Q3))가 먼저 도통상태가 된다. 그 결과 제 3트랜지스터(Q3)가 온상태가 되면 베이스단에 연결된 트랜스포머(T)의 1차 권선에는 다시 제 4트랜지스터(Q4)가 온되도록 전압을 발생하여 순식간에 제 3 및 제 4트랜지스터(Q3, Q4)가 온상태가 된다.
제 3 및 제 4트랜지스터(Q3, Q4)가 온상태가 되면 제 3 및 제 4트랜지스터(Q3, Q4)에는 트랜스포머(T)의 여자전류와 부하전류에 상당하는 1차 권선의 전류가 흐르고, 코어의 자속밀도는 증가하여 트랜스포머(T)의 코어의 포화점값(즉, Bm)에 도달하면 자계가 변화하더라도 자속밀도가 변화하지 않는 점에 도달한다. 이때, 트랜스포머(T)는 공심의 코일과 동등하게 되어 급속히 인덕턴스가 감소하게 되고, 이로 인하여 스위칭 트랜지스터의 컬렉터 전류가 급속히 증가한다. 따라서, 램프단의 출력측 전압은 급상승하여 램프(50)의 필라멘트를 예열하는 기능을 수행하게 된다.
상기 컬렉터 전류가 증가하여 트랜지스터가 포화에서 벗어나면 스위칭 트랜지스터의 VCE가 증가하고 그 양만큼 트랜스포머(T)의 1차 권선전압이 저하된다. 따라서, 스위칭 트랜지스터의 베이스 전압도 저하되고, 더욱이 트랜지스터를 오프하는 방향으로 동작하게 된다. 트랜지스터가 오프되면 트랜스포머(T)의 권선전압은 역전되어 다른 편의 트랜지스터가 온되고 전과 동일한 동작을 반복하여 발진이 계속된다. 그러므로 출력측 램프(50)는 안전 점등을 하게 된다.
이와 같이 본 발명의 회로는 트랜스포머(T)를 불포화 트랜스포머를 사용하여 베이스단 구동용 트랜스포머를 과포화 트랜스포머(XL)로 한 것이다. 따라서, 발진주파수는 과포화 트랜스포머(XL)에 의해 결정되며 트랜스포머(T)는 포화영역에서 동작시킬 필요가 없으므로 코어를 낮은 자속밀도에서도 사용할 수 있고, 트랜스포머(T)를 효율적으로 동작시킬 수 있다. 그러므로 베이스단 구동용 트랜스포머(XL)는 포화상태에서 사용되게 소형화할 수 있고, 이 손실은 거의 무시할 수 있을 정도로 작아진다. 또한, 베이스단 구동용 트랜스포머(XL)가 포화상태일 경우에 트랜스포머(XL)로 흐르는 전류는 저항(R5, R6)에 의해 제한되므로 이 전류에 의해 스위칭 트랜지스터의 손실이 증가하지는 않는다.
공진회로의 작동에서는 출력전압을 감소시키는 경우에는 과포화 리액터의 등가 임피던스 XL을 이 임피던스에 병렬 콘덴서의 임피던스 XC보다도 낮추고, XL와 XC의 병렬 합성 입프던스 X'L을 인덕티브로 한다. 따라서, 이 회로는 불포화 리액터 L1와의 직렬회로가 되어 입력전압은 L1과 X'L의 분압작용으로 분압되고 출력전압은 저하된다. 출력전압을 올리는 경우에는 과포화 리액터의 임피던스를 올려 XC＜XL로 함으로써 XC와 XL의 합성값은 용량성이 되어 임피던스 X'C가 된다. 그러므로 입력전압은 직렬 리액터의 임피던스 L1과 X'C의 직렬 공진회로가 되고 입력전압은 n배되어 출력되므로 출력전압은 증가하여 부하변동에 대하여 안정하게 동작된다.
이의 교류 출력파형은 병렬 콘덴서 XC와 C5에 의해 잡음이 감소되고, 파형이 정형되어 높은 주파수의 사인파형을 얻을 수 있다. 램프(50)의 점등은 트랜스포머(T)의 출력측 권선비에 의해 약 100KHz 200-300V의 사인파형이 출력되어 인덕턴스 L2와 필라멘트 C6에 의해 램프(50)가 점등되며 계속해서 매우 안정적인 램프(50)의 동작전압을 유지하게 된다.
본 발명의 직류용 3파장 인버터 컴팩트 램프는 일반적인 AC용에도 적용하여 1차측의 입력단에 AC 110/220V를 직류전압으로 정류하여 트랜스포머를 승압 및 강압하여 공진형으로 구성하여도 된다.
본 발명의 직류용 3파장 인버터 컴팩트 램프는 상기에서 설명한 것을 고려하여 충분하게 변환, 치환 및 변경될 수 있음은 해당분야의 지식을 가진자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이고, 또, 본 발명의 범위내에서 다른 실시예가 고려될 수 있으며, 본 발명의 범위는 한정된 것은 아니다.
상술한 바와 같이 본 발명은 제너다이오드 및 복수의 트랜지스터의 조합으로 입력되는 전압이 설정된 전압이하가 되면 램프를 점멸시켜 사용자에게 경고를 하는 경보회로와, 저항 및 콘덴서의 구성으로 충방전되는 특성을 이용하여 전원이 입력된 후에 일정시간동안은 낮은 전압이 스위칭소자에 전달되도록 한 다음에 본격적인 동작이 이루어지도록 하는 램프 필라멘트 예열회로와, 램프를 점등시키는 전자식 안정기회로 및 소정세기의 빛을 발광하는 램프회로를 구성하여 상기 구성된 공진회로를 이용함으로써 고주파의 스위칭시에 트랜지스터의 스위칭 손실을 최소화하여 열손실을 없애고 고효율의 작동을 하며 소형화할 수 있다.
또한, 순간적인 고출력전압으로 램프의 필라멘트를 예열시킬 수 있어 램프의 흑화현상을 방지하며, 출력파형이 사인파형이기 때문에 램프 전류파형이 양호하여 램프의 수명이 길어지고, 직류전압을 사용할 경우에 차량용 또는 일반적인 배터리에 전기배선이나 클립배선 등을 사용할 수 있으며, 소전력으로도 최대의 삼파장의 광도를 얻을 수 있고, 강화형 커버로 인하여 램프가 외부의 충격에도 견딜 수 있으며, 램프걸이가 있어 휴대 및 이동이 편리하고 설치가 간단한 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 휴즈(F)를 거쳐 인가되는 배터리(60)의 직류전압의 (＋)반파만을 통과시키는 반파정류용 다이오드(D);
    다이오드(D)를 통과한 배터리(60)의 직류전압내에 함입된 서지전압 및 노이즈성분을 걸러내는 콘덴서(C1);
    상기 콘덴서(C1)에 병렬로 연결되어 제 1트랜지스터(Q1)의 베이스단에 인가되는 전압을 강하시키는 저항(R1)과,
    저항(R1)과 직렬로 연결되어 소정크기의 전압만을 도통시키는 제어다이오드(ZD)와,
    제너다이오드(ZD)의 애노드단에 병렬로 연결되어 입력되는 전압을 충방전시키는 콘덴서(C2) 및 저항(R4) 및
    다이오드(D)의 캐소드단에 컬렉터단이 연결되고, 에미터단에 저항(R2)이 연결되며, 베이스단이 저항(R1) 및 제너다이오드(ZD) 사이에 연결되어 인가되는 전압을 스위칭하는 제 1트랜지스터(Q1)로 구성되어 상기 제어다이오드(D)와 제 1트랜지스터(Q1)에 의해 설정된 전압이하가 인가되면 출력전압을 단속하는 저전압 경보부(10);
    베이스단이 제 1트랜지스터(Q1)의 에미터단에 저항(R1)을 통해 연결되고, 컬렉터단이 다이오드(D)의 캐소드단에 저항(R3)을 통해 연결되며, 에미터단이 제너다이오드(ZD)의 애노드단에 콘덴서(C3)를 통해 연결되어 일정시간동안 낮은 전압을 출력한 후에 정상적인 구동전압을 출력하는 램프 필라멘트 예열부(20);
    입력된 전압을 안정된 전압으로 출력시키는 코일(L1)과,
    제 2트랜지스터(Q2)의 에미터단에 각각 병렬로 연결되어 분배된 전압을 강하시키는 분배저항(R5, R6)과,
    분배저항(R5, R6)에 베이스단이 각각 연결되고, 컨덴서(C4)의 일단에 컬렉터단이 연결되며, 에미터단이 컨덴서(C2) 및 저항(R4)에 연결된 스위칭용 제 3 및 제 4트랜지스터(Q3, Q4)와,
    1차 권선이 제 3 및 제 4트랜지스터(Q3, Q4)의 베이스단에 연결되고, 2차권선이 제 3 및 제 4트랜지스터(Q3, Q4)의 컬렉터단과 코일(L1)에 연결되어 권선비에 의해 고주파의 사인파를 출력하는 트랜스포머(T) 및
    트랜스포머(T1)의 2차권선에 각각 직병렬로 연결되어 안정된 전압을 출력시키는 콘덴서(C5) 및 코일(L2)로 구성되어 램프를 안정적으로 점등시키는 전자식 안정기부(40); 및
    트랜스포머(T)의 일단과 코일(L2)의 일단에 연결되고, 필라멘트용 컨덴서(C6)가 병렬로 연결되어 소정 밝기의 빛을 방출하는 램프부(40)로 이루어진 것을 특징으로 하는 직류용 3파장 인버터 컴팩트 램프.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 램프부(40)는
    전선(42)을 통해 직류전원이 인가되는 베이스 홀더(46)와,
    베이스 홀더(46)의 일측에 장착된 램프걸이(44)와,
    베이스 홀더(46)의 일측에 삽입되어 3파장의 빛을 방출하는 램프(40) 및
    복수의 에어홀(48a-48c)이 형성되고 램프(50)의 외측에 구성되어 램프(50)를 보호하는 강화형 커버(48)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 직류용 3파장 인버터 컴팩트 램프.
  3. 제 2항에 있어서, 램프부(40)는
    상기 직류전원이 인가되는 전선(42)에 병렬로 구성된 복수의 연결용 잭(52, 53)과,
    전선(42)의 일단이 차량의 시거라이터 소켓(56)에 연결시킬 수 있도록 구성된 플러그(58)와,
    전선(42)의 일단이 일반용 배터리(60)의 전극에 연결시킬 수 있도록 구성된 클립(59) 및
    교류전원을 직류전원으로 변환시켜 배터리(60)를 충전시킬 수 있는 충전기(62)가 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 직류용 3파장 인버터 컴팩트 램프.
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