KR100301331B1 - 안정화회로및이를포함하는소형형광등 - Google Patents

Abstract

전력 성분을 향상시키기 위하여 변환기와 저주파 ac 전원 사이에 피드백 콘덴서가 연결된 고주파 DC-AC 변환기와 조합한 소형 형광등.

Description

안정화 회로 및 이를 포함하는 소형 형광등

제1도는 본 발명을 구현하는 소형 형광등 제어 회로를 도시하는 도면.

제2도는 제1도의 제어 회로를 위한 입력 회로의 다른 실시예를 도시한 도면.

제3도는 한쌍의 전도성 스위칭 소자중 하나를 갖는 제1도의 회로를 통해 흐르는 전류를 도시한 도면.

제4도는 한쌍의 전도성 스위칭 소자중 다른 하나를 가진 제1도의 회로를 통해 흐르는 전류를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

C1~6 : 콘덴서 D1,2 : 다이오드

L1A : 인덕터 Q1,2 : 트랜지스터

T1 : 트랜스포머

본 발명은 저주파 AC 전압의 전원에 연결된 AC 입력 단자와; 상기 저주파 AC 전압을 정류하도록 상기 AC 입력 단자를 가로질러 접속된 정류 수단과; 상기 정류 수단의 출력단에 연결된 축적 콘덴서 수단과; 상기 축적 콘덴서 수단에 연결된 DC 입력 단자와, 상기 정류된 AC 전압에서 고주파 전류를 발생시키는 스위칭 수단과, 상기 스위칭 수단에 연결되고 램프 연결 단자를 가진 부하 회로를 포함하는 DC-AC 변환기 및; 상기 부하 회로를 AC 입력 단자에 결합하는 피드백 회로를 구비하는, 형광등의 고주파 동작에 적합한 안정화 회로에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 이러한 안정화 회로를 포함하는 소형 형광등에 관한 것이다.

서두에서 언급한 안정화 회로는 유럽 특허출원 제 92203651.2호 공보에 개시되어 있다. 피드백 회로는 DC-AC 변환기의 구성에 따라, 특정 부품으로 이루어지지만 거의 0인 임피던스를 가진 AC 입력 단자 및 부하 회로일 수 있다 안정화 회로는 저전력의 형광등을 동작시키는데 사용될 때, 비교적 높은 전력 인자를 갖는다. 그러나, 비교적 높은 전력을 소비하는 형광등이 안정화 회로로 동작되는 경우에, 전력 인자는 선전류 왜곡(line current distortion)과 관련하여, 정부의 기준규격과 일치하지 않거나 비교적 낮다.

본 발명은 비교적 높은 전력 인자를 가지고서 비교적 높은 전력을 소비하는 형광등을 동작시키는데 적합한 안정화 회로를 제공하는데에 그 목적이 있다.

이러한 목적은 콘덴서 수단과 인덕터 수단을 포함하는 부스터(booster) 수단이 제공되는 안정화 회로에 의해 성취되며, 상기 콘덴서 수단은 상기 AC 입력 단자사이에 결합되고, 상기 인덕터 수단은 상기 콘덴서 수단과 정류 수단 사이에 결합된다.

형광등의 작동중에, 축적 콘덴서 수단은 저주파 AC 전압의 크기가 그 최대치에 근접할 때 피크 형상의 전류가 전원(main source)으로부터 유도되지 않는 전위로, 피드백 회로와 부스터 수단을 통해, 충전된다. 이들 피크 형상의 전류의 억제는 전력 인자의 향상을 의미한다.

형광등 동작시에 형광등이 DC 전류를 보내는 것을 방지하도록, 피드백 회로가 콘덴서를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 안정화 회로의 양호한 실시예에서, 상기 정류 수단은 상기 DC 입력 단자를 접속하는 2개 다이오드의 하나의 시리즈 배열과 상기 DC 입력 단자를 접속하는 2개 다이오드의 부가의 제2시리즈 배열을 포함하며; 상기 부스터 수단에 포함된 상기 콘덴서 수단 및 인덕터 수단은 제1시리즈 배열의 두개 다이오드 사이의 제1접합점과 제2시리즈 배열의 두개 다이오드 사이의 제2접합점 사이에서 일렬로 접속되어 있다. 본 실시예에서, 정류 수단은 다이오드 브릿지를 포함하고, 상기 부스터 수단은 상기 다이오드 브릿지의 입력 단자와 접속된다. 본 실시예는 비교적 간단한 회로로 비교적 높은 전력 인자를 제공한다.

본 발명에 따른 안정화 회로의 다른 양호한 실시예에서, 상기 정류 수단은 상기 DC 입력 단자를 접속하는 두개 다이오드의 시리즈 배열을 포함하고, 상기 축적 콘덴서 수단은 상기 DC 입력 단자와 접속하는 두개 콘덴서의 시리즈 배열을 포함하고, 상기 부스터 수단에 포함된 상기 콘덴서 수단과 인덕터 수단은 두개 다이오드 사이의 제1접합점과 두개 콘덴서 사이의 제2접합점 사이에서 일렬로 접속된다. 양호한 실시예에서의 정류 수단과 축적 콘덴서 수단은 전압 더블러(voltage doubler)를 형성한다. 이러한 특징적 구성은 저주파 AC 전압의 크기가 형광등 전압에 대해 상대적으로 낮을 때 매우 적합하다.

직전의 2개의 구절에서 설명한 실시예에서 피드백 회로가 2개의 접합점중 하나와 접속되면 매우 효과적인 에너지 피드백이 실현된다.

고주파 전류에 의한 저주파 AC 전압원의 오염은 상기 AC 입력 단자와 정류수단 사이에 결합된 필터 수단에 의해 방지될 수 있다.

본 발명의 특징과 장점 및 다른 목적은 첨부된 도면을 참조로 후술하는 설명과 첨부된 특허청구범위로부터 명백히 알 수 있다.

제1도를 참조하면, 인덕터(L2)와 콘덴서(C6)를 포함하는 LC 공진 회로에 결합된 소형 형광등(LA)이 도시되어 있는 레지스터(PTC)를 보호하는 콘덴서(C7)를 가진 시리즈 회로인 정(positive) 온도 계수 레지스터(PTC)는 램프(LA)에 평행하게 병렬 접속되어 있다. 레지스터(PTC)는 충분한 전압이 인가되기 전에, 램프(LA)의 전극 권선을 발열시킨다. 또한, 레지스터(R8)는 트랜스포머(T1)의 제1권선에 병렬 접속된다. 상기 레지스터는 회로를 위해 더 낮은 자동-발진 주파수로 유도하는 제1권선 주위로 전류를 통과시켜서 인덕터(L2)와 램프(LA)를 통해 보다 높은 전류를 발생시킨다.

인덕터(L2)와 콘덴서(C6)로 이루어지는 공진 회로는 트랜스포머(T1)의 제1권선과 접속된다. 트랜스포머(T1)의 제2권선(W1)은 레지스터(R3)를 통해 트랜지스터(Q1)의 베이스에 접속된다. 트랜스포머(T1)의 다른 제2권선(W2)은 레지스터(R4)를 통해 트랜지스터(Q2)의 베이스와 접속된다. 트랜지스터(Q1, Q2)는 램프(LA)를 동작시키기 위해 고주파 DC-AC 변환기를 제공한다. 콘덴서(C9, C10)는 각각, 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스와 에미터 사이에 각각 접속된다. 레지스터(R2,R5, R6, R7)와 콘덴서(C11)와 다이액(D3)은 소망의 고주파수로 트랜지스터(Q1, Q2)를 진동시키는 시동 회로(starting circuits)를 형성한다. 레지스터(R6, R7)는 콘덴서(C11)와 레지스터(R2)에 의해 균형잡을 수 없는 전압 분할(divider) 회로를 제공한다. 콘덴서(C11)가 충분히 충전될 때, 트랜지스터(Q1)가 동작하도록 다이액(D3)에 온(on)된다.

트랜지스터(Q1)가 도통되면, 트랜스포머(T1)의 제1권선이 제때에, 그것의 히스테리시스 곡선의 연관된 비-선형 영역에서 동작하기 시작한다. 상기 동작 진행중에, 제어 회로에 의해 발생된 고주파 전압의 다음 반주기 싸이클을 통해 회로는 도통할 준비를 한다. 트랜지스터(Q1)가 도통된 상태로 비-선형 동작이 시작되면, 베이스로의 제2권선(W1)을 통한 도통이 차단된다. 그결과, 고주파 전압의 다음 반주기 싸이클은 레지스터(R4)를 통해 접속된 트랜지스터(T1)의 제2권선(W2)을 통해 반주기 동안에 온하도록 트랜지스터(Q2)의 베이스로 도통을 발생시킨다.

제너 다이오드(D4, DS)는 전해 콘덴서(C2, C3)상에서 낼 수 있는 최대 전압으로 작용하도록 콘덴서(CS)와 병렬로 접속된다. 이러한 전해 콘덴서는 절반(half) 브릿지 다이오드(D1, D2)와 병렬로 연결된다. 콘덴서(C2, C3)는 소위 회로에 대해 “전압 더블링(doubling)” 동작을 제공한다.

콘덴서(C4, CS)와 다이오드(D1, D2)를 통해 공진 회로로부터 복귀하는 에너지는 인덕터(L1A)를 가로질러 전압을 유발하도록 동작한다. 상기 전압은 전해 콘덴서(C2, C3)에 제공되고, 전압에서 AC 라인에 부가된다. 콘덴서(C4, CS)와 적절한 선택에 의해, 절반 브리지 인버터 회로는 고주파 부스트 컨버터와 같이 작동하여, 각각의 전해 버퍼 콘덴서상의 전압을 피크 라인 전압상의 값으로 상숭시킨다. 그래서, 회로 전력 인자가 향상되고 라인 전류 하모니가 감소된다. 향상된 전력인자는 회로가 더 낮은 입력 전류를 유도하는 것을 의미한다. 콘덴서(C8)는 고주파 AC 펄스를 나타내기 위해 스누빙(snubbing) 콘덴서로 작용한다.

제1콘덴서(C1A)는 다이오드(D1, D2) 사이의 접합점(15)과 입력 단자(11,13)에 결합된다. 제1인덕터(L1A)는 입력단(13)으로부터 전해 콘덴서(C2, C3)사이의 접합점(17)까지 접속되어 있다. 이런식으로, 제1콘덴서(C1A)와 제1인덕터(L1A)는 전해 콘덴서(C2, C3)의 충전을 위한 전류 통로를 제공한다. 소위, “전압 더블링” 효과는 램프(LA)의 적절한 동작을 위해 콘덴서(C2, C3)에 의해 제공된다. 콘덴서(C1B)와 인덕터(L1B)는 LC 필터를 제공하여 고주파 신호가 안정화 회로의 입력 라인에 진입하지 못하도록 한다. 콘덴서(C1B)는 콘덴서(C1A)와 병렬로 결합되고 인덕터(L1B)는 인덕터(L1A)와 직렬로 결합된다. 휴즈(F)는 고전류 누전 상태를 방지하기 위해 단자(13)에 접속된다.

제2도에서, 절반 브릿지는 전체 브리지(D1 내지 D4)로 대체되었다. 상기 회로가 제1도의 회로에 사용된 램프보다 더 작은 전압을 필요로 하는 램프를 사용하였기에, 전압 더블링 효과는 필요하지 않고, 콘덴서(C3)는 제거하였다. 콘덴서(C1A)와 인덕터(L1A)는 전 브리지의 대각선에 접속된다.

제1도의 회로 동작의 이론적인 설명은 제3도와 제4도를 참조하면 당분야의 기술자들은 쉽게 이해할 것이다. 설명을 위해, 다이액(D3)으로부터의 단일 펄스가 트랜지스터(Q1)를 온(on)했다고 가정한다. 충분한 DC 공급 전압이 자동-발진을 유지하기 위해 콘덴서(C2, C3)를 가로질러 공급된다고 가정한다. 단자(11, 13)를 가로지르는 라인 전압은 거의 0 전압으로 가정한다. 트랜지스터(Q1)가 도통되면, 콘덴서(C2)는 전압원(제3도 참조)으로 동작하며, 상기 전압원은 콘덴서(C6,C7), 램프(LA)와 레지스터(PTC)로 이루어진 램프 부하 네트워크와 인덕터(L2), 트랜스포머(T1)의 제1권선을 통해 트랜지스터(Q1)의 콜렉터로부터 에미터까지 전류를 공급한다. 제3도에 도시된 바와 같이, 상기 전류는 콘덴서(C4), 접합점(15), 콘덴서(C1A)와 인덕터(L1A)를 통해 흐른다. 트랜지스터(Q1)가 도통할 때 트랜지스터(T1)의 제1권선을 통한 전류는 전류가 트랜스포머(T1)의 제2권선(W1)을 통해 흐르도록 하여, 트랜지스터(Q1)의 베이스 에미터 전류 공급을 강하시켜서 트랜지스터(Q1)가 정의 피드백에 의해 도통 상태에 있도록 유지한다. 그 결과, 전류는 상기의 소자를 통해 생성된다. 상기 전류의 상승율은 인덕터(L2)의 인덕턴스에 의해 주로 제어된다. 트랜스포머(T1)의 코어의 히스테리시스가 제1비선형 영역에 도달할 때까지 전류는 상승을 계속한다.

트랜스포머(T1)의 트랜스포머 동작이 비선형이 됨에따라, 제2권선(W1) 으로부터의 베이스 구동은 트랜지스터(Q1)를 급격히 턴-오프시키고 트랜스포머(T1)의 제1권선을 통한 전류는 중지된다. 이렇게 될때, 선형 트랜스포머 동작은 제1권선 전류의 신속한 손실에 의해 트랜스포머(T1)로 복귀한다. 그결과, 제2권선(W2)은 트랜지스터(Q2)의 베이스 에미터 접합점으로 전류를 유도하여, 트랜지스터를 턴-온시킨다. 트랜지스터(Q2)가 도통될 때, 콘덴서(C3)는 인덕터(L1A), 콘덴서(C1A), 접합점(15), 콘덴서(C4), 램프 부하 네트워크(콘덴서(C6), 램프(LA) 및 레지스터(PTC)로 구성), 인덕터(L2), 트랜스포머(T1)의 제1권선을 통하고, 트랜지스터(Q2)의 콜렉터-에미터 접합점을 통해서 전류를 공급하는 전압원(제4도 참조)으로서 작용한다. 상기 트랜지스터(T1)의 제1권선을 통한 전류는 전류가 트랜스포머(T1)의 제2권선(W2)을 통해 흐르게 하여, 정(positive)의 피드백에 의해 트랜지스터(Q2)의 베이스 에미터 전류 공급을 강화시킨다. 트랜지스터(Q1)가 도통된 경우에서와 같이, 히스테리시스 곡선의 제2비선형 영역에서 동작하기 시작할 때까지, 전류는 트랜스포머(T1)의 제1권선에서 생성된다. 전류 발생시, 트랜지스터(Q2)의 베이스 구동이 감소되고 트랜지스터는 비-도통된다. 트랜지스터(Q2)의 상기 동작은 제2권선(W1)으로 하여금 트랜지스터(Q1)의 베이스에 전류를 다시 제공하도록 하는 트랜스포머(T1)이 제1권선을 통해 전류의 흐름을 중지한다. 자동적으로 도전 상태로 돌아가는 트랜지스터가 진동 싸이클을 영속시킨다. 그결과, 트랜지스터(Q1, Q2)는 램프 부하 네트워크를 통해 교류를 만들도록 교대로 턴-온 및 턴-오프한다.

회로에서 자동 발진을 성공적으로 시작한 후의 동작 주파수는 램프 부하 네트워크 및 인덕터(L2), 트랜지스터(Q1, Q2)를 위한 베이스 전류, 트랜지스터(Q1,Q2)의 베이스의 RC 지연 네트워크(R3, C9 와 R4, C10) 및, 트랜지스터(Q1, Q2)의 스위칭 시간에 의해 발생된 트랜스포머(T1)의 제1전류 크기와 모양과 함께, 트랜스포머(T1) 히스테리시스 곡선의 비선형성에 의해 결정된다.

자동 발진 상태에서, 교류는 트랜지스터(Q1,Q2)의 온/오프 상태의 결과로서 콘덴서(C2, C3)로부터 흐른다. 상기 교류는 램프 필라멘트(Fl, F2), 콘덴서(C6), 인덕터(L2)와 트랜스포머(T1)의 제1권선을 통해 흐른다. 콘덴서(C7)와 직렬로 연격된 레지스터(PTC)는 상기에 언급했듯이 필라멘트(F1, F2)의 예열을 허용하는 인덕터(L2)와 콘덴서(C6)로 이루어진 직렬 공진 LC 회로상의 여분의 저항부하를 제공한다. 레지스터(PTC)가 가열되면 그 저항이 증가한다. 콘덴서(C6)와 평행한 램프(LA)가 점등될때까지 전압은 콘덴서(C6)를 가로질러 증가시킨다. 램프 점등후, 램프 부하는 공진 LC 회로를 다운시키고 램프를 통한 전류는 기본적으로, 인덕터(L2), 램프 아크전압, 콘덴서(C2, C3) 상의 입력 공급 전압, 회로의 자동 진동 주파수에 의해 제어된다.

지금까지, 도면을 참조로 본 발명에 따른 실시예를 설명하였지만, 첨부하는 본 발명의 청구범위의 정신 및 범위내에서 당업자들에 의한 개조 및 수정이 있을수 있음은 물론이다.

Claims (10)

1. 저주파 AC 전압의 전원에 접속된 AC 입력 단자와; 상기 저주파 AC 전압을 정류하기 위해 상기 AC 입력 단자를 가로질러 접속된 정류 수단과; 상기 정류 수단의 출력단에 접속된 축적 콘덴서 수단(reservoir capacitive means)과; 상기 축적 콘덴서 수단에 접속된 DC 입력 단자와, 상기 정류된 저주파 AC 전압에서 고주파 전류를 발생하기 위한 스위칭 수단과, 상기 스위칭 수단에 접속되고 램프 접속 단자를 포함하는 부하 회로를 가진 DC-AC 변환기와; 상기 부하 회로를 AC 입력 단자에 결합하는 피드백 회로(feedback circuit)를 포함하는 형광등의 고주파 동작에 적합한 안정화 회로에 있어서, 상기 안정화 회로는 콘덴서 수단과 인덕터 수단을 포함하는 부스터 수단을 구비하며, 상기 콘덴서 수단은 상기 AC 입력 단자 사이에 접속되며 상기 인덕터 수단을 상기 콘덴서 수단과 상기 정류 수단 사이에 접속되는 것을 특징으로 하는 안정화 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 피드백 회로는 콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는 안정화 회로.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정류 수단은 상기 DC 입력단자를 접속하는 2개 다이오드의 제1시리즈 배열과 상기 DC 입력 단자를 접속하는 2개 다이오드의 제2시리즈 배열을 포함하며, 상기 부스터 수단에 포함된 상기 콘덴서 수단과 인덕터 수단을 상기 제1시리즈 배열의 2개의 다이오드 사이의 제1접합점과 상기 제2시리즈 배열의 2개의 다이오드 사이의 제2접합점 사이에서 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 안정화 회로.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정류 수단은 상기 DC 입력단자를 연결하는 2개 다이오드의 시리즈 배열을 포함하고, 상기 축적 콘덴서 수단을 상기 DC 입력 단자를 접속하는 두 개의 콘덴서의 시리즈 배열을 포함하며, 상기 부스터 수단에 포함된 상기 콘덴서 수단과 인덕터 수단은 2개의 다이오드 사이의 제1접합점과 2개의 콘덴서 사이의 제2접합점 사이에서 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 안정화 회로.
5. 제3항에 있어서, 상기 피드백 회로는 제1접합점에 접속되는 것을 특징으로 하는 안정화 회로.
6. 제3항에 있어서, 상기 피드백 회로는 제2접합점에 접속되는 것을 특징으로 하는 안정화 회로.
7. 제1항에 있어서, 필터 수단은 상기 AC 입력 단자와 정류 수단사이에 결합되는 것을 특징으로 하는 안정화 회로.
8. 제1항에 따른 안정화 회로를 포함하는 소형 형광등.
9. 제4항에 있어서, 상기 피드백 회로는 제1접합점에 접속되는 것을 특징으로 하는 안정화 회로.
10. 제4항에 있어서, 상기 피드백 회로는 제2접합점에 접속되는 것을 특징으로 하는 안정화 회로.