KR100312114B1 - 필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기 - Google Patents

필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 1에 가까운 역률을 얻음과 동시에 필라멘트 예열 및 램프 방전시 직류전압원의 전압상승을 제한하는 기능을 가짐으로써 제조 가격의 절감과 가격 대비 기존 성능의 향상을 이룰 수 있는 필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기에 관한 것으로써,
교류 입력전원를 정류하여 출력하는 입력 정류단과, 상기 입력 정류단의 출력을 직류화하는 직류 전원단 커패시터와, 상기 직류 전원단 커패시터와 병렬로 연결되는 하프 브리지 형태의 직렬 공진형 인버터를 구비하고; 상기 입력 정류단의 후단에 위치하되, 한쪽이 상기 입력 정류단의 출력에 연결되고 다른 한쪽은 상기 직렬 공진형 인버터의 공진 커패시터와 연결되는 전하 펌프 커패시터와, 상기 전하 펌프 커패시터를 상기 직렬 공진형 인버터와 분리시키게 하는 블로킹 다이오드로 구성되는 전하 펌프단과; 상기 전하 펌프단과 직렬 공진형 인버터의 사이에 위치하되, 정류용 브리지 다이오드와, 상기 정류용 브리지 다이오드 및 보조직렬 공진회로를 통해 공진형 인버터 내의 공진 인덕터의 2차 권선과 연결되는 에너지 저장용 직류 커패시터와, 상기 직류 커패시터의 양극 단자와 공진형 인버터의 직류 링크 사이에 연결된 밸리 다이오드로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기 { High power factor electronic ballast for fluorescent lamp having filament preheating function }
본 발명은 필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기에 관한 것으로서 특히, 전압원 방식의 공진형 인버터를 이용한 형광등용 전자식 안정기에 수동 소자만을 부가하여 거의 1에 가까운 역률을 얻음과 동시에 필라멘트 예열 및 램프 방전시 직류전압원의 전압상승을 제한하는 기능을 가짐으로써 제조 가격의 절감과 가격 대비 기존 성능의 향상을 이룰 수 있는 필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기에 관한 것이다.
최근, 형광등용 전자식 안정기는 국제적으로 IEC1000, IEC555와 같은 규격의 만족을 권장하고 있는데, 차츰 의무화해 나가는 추세에 있기 때문에 입력 전류의 고조파 성분의 제한과 역률의 개선 등에 대한 요구를 만족할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
일반적으로, 역률 개선 방식 및 필터링(filtering) 방식은 크게 수동형과 능동형으로 구분되는데, 상기 수동형으로는 인덕터와 커패시터 만으로 이루어진 저역통과필터를 이용한 방식과 밸리필(valley-fill) 방식이 많이 이용되고 있다.
이때, 상기 저역통과필터를 이용한 방식은 가격면에서는 상당히 장점을 가지고 있으나 유효전력에 비해 아주 큰 피상전력이 필요하게 되고 또한 고조파 장애를 발생시키며, 정류전압이 부하에 따라 크게 변할 수 있다는 단점 때문에 고역률을요하는 시스템에는 잘 이용되지 않고 있다.
또한, 전자식 안정기의 부피와 무게를 고려한 밸리필 방식은, 직류 전압파형이 최고치의 1/2까지 떨어짐을 반복하기 때문에 고주파 점등에서 120Hz의 깜박임이 나타나 방전등 특성을 불안정하게 하여 효율을 저하시키는 단점을 갖고 있다.
결국, 이상에서 설명한 수동형 방식의 역률 개선 회로로는 요구되는 조건을 만족시킬 수 없기 때문에 일반적으로 부스트(boost) 컨버터를 이용한 능동 역률 개선 방식을 많이 이용하고 있다.
상기 부스트(boost) 컨버터를 이용한 능동 역률 개선 회로에 대하여 첨부한 도 1a를 참조하여 좀더 상세히 살펴보고자 한다.
도 1a는 일반적인 승압형(boost) 컨버터를 이용한 역률 개선 회로를 보이고 있다.
도 1a를 참조하면, 트랜지스터(Q)가 온(on)되면 인덕터(Lboost)를 통해 흐르는 전류(i L )가 증가하여 에너지가 축적되고, 상기 트랜지스터(Q)가 오프(off)되면 환류(freewheeling) 다이오드(D)를 통하여 에너지가 출력쪽으로 전달된다. 이때, 상기 환류 다이오드(D)의 전류가 영이 되기 전에 상기 트랜지스터(Q)가 온(on)되면 상기 환류 다이오드(D)의 역회복 시간(reverse recovery time) 동안 상기 환류 다이오드(D)와 트랜지스터(Q)에 매우 큰 전류가 흘러서 손실로 작용하고 그에 의해 상기 트랜지스터(Q)가 파괴될 수 있기 때문에 상기 인덕터(Lboost)를 통해 흐르는 전류(i L )를 불연속 모드(discontinuous mode)로 제어함으로써 상기 트랜지스터(Q)의손상을 방지하게 된다.
한편, 첨부한 도 1b에는 환류 다이오드 전류가 영이 될 때 스위칭하기 위한 불연속 모드 제어시 인덕터 전류(i L ) 파형이 예시되어 있다. 그러나, 상기의 불연속 모드 제어 방식을 구현하기 위해서는 상기 트랜지스터(Q)의 구동 회로(도시하지 않았음)를 상당히 복잡하게 구성을 해야 하고 또한 소자들의 전압, 전류의 스트레스(stress)가 증가하는 것을 방지하기 위한 회로가 추가되어야 하기 때문에 제품의 단가를 증가시키게 되어 가격 경쟁력이 떨어지게 되는 문제점이 발생한다.
일반적인 역률 개선 회로는 부스트(boost) 컨버터를 이용한 방식이 대부분 주류를 이루고 있는데, 그 이유는 거의 1에 가까운 역률의 개선과 고조파 왜율의 감소 효과가 크고 제어 방식이 그리 복잡하지 않기 때문이다. 하지만 제어 회로의 부가 및 소자의 정격 상승 등으로 가격 경쟁력이 낮아지기 때문에 전자식 안정기 개발 측면에서 보면 개선되어야 할 여지가 상당 부분 있다고 할 수 있다.
더욱이, 부스트(boost) 컨버터를 이용한 역률 개선 회로는 직류 링크(DC-link) 전압의 리플(ripple) 성분이 작고 좋은 정류 특성을 보이며, 깜박임이 작다는 장점을 가지고 있으나, 회로가 상당히 복잡해지고 따라서 전체 제품의 가격이 올라간다는 단점을 가지고 있다.
또한, 형광등용 전자식 안정기에 있어서 중요하게 요구되는 기능중의 하나가 바로 램프의 방전전에 충분한 필라멘트 예열 시간을 확보하도록 하는 소프트 스타트(soft start) 기능인데, 최근 순간 점등, 고효율 등의 장점을 지닌 다양한 종류의 전자식 안정기가 연구 개발되고 있으나, 순간점등을 이루기 위해서 방전등 양단에 매우 높은 고전압을 유기시켜 점등시키고 있기 때문에 필라멘트의 스파클링(sparkling) 현상에 의하여 방전등의 점멸 회수가 증가함에 따라 그 수명이 대폭 감소되는 문제점이 있다.
또한, 방전등의 노화로 인한 이상 점등시 발생하는 서지 전압에 의하여 방전등의 수명단축을 가속시키면서 주 스위칭소자를 파열시킬 수 있는 위험성이 있다.
이외에도 여러 가지 역률 개선 회로들이 발표되고 있으나 전체적인 경향을 고려하여 볼 때 공진형 인버터를 사용한 전자식 안정기의 역률 개선 회로의 개발에 있어서 능동형 방식의 성능을 보이며, 수동형 방식의 가격 경쟁력을 고루 갖춘 새로운 역률 개선 회로의 개발에 대한 요구가 상당히 크다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 능동 소자 및 별도의 역률 개선단을 첨가하여 입력 전압, 전류의 역률을 개선한 기존의 전자식 안정기와는 달리 수동소자 만을 부가하여 거의 1에 가까운 역률을 얻음과 동시에 필라멘트 예열 및 램프 방전시 직류전압원의 전압상승을 제한하는 기능을 가지도록 하는 필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기를 제공하는데 있다.
도 1a는 종래 부스트(boost) 컨버터를 이용한 역률개선회로의 개략적인 구성 예시도
도 1b는 도 1a에서 가변 주파수제어 방식에 따른 인덕터 전류 파형 예시도
도 2는 제안된 역률 개선 회로를 가진 1등용 전자식 안정기의 구성 예시도
도 3은 도 2의 기본 전자식 안정기에서 전하 펌프단을 입력단으로 이동하여 구성한 전자식 안정기의 구성 예시도
도 4는 제안된 역률 개선 회로를 가진 2등용 전자식 안정기의 구성 예시도
도 5는 도 4의 2등용 전자식 안정기에서 전하 펌프단을 입력단으로 이동하여 구성한 전자식 안정기의 구성 예시도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 입력 정류단 2 : 전하 펌프단
3 : 밸리필 직류 전원단 4 : 공진 인덕터
5 : 보조직렬 공진회로 6 : 게이트 구동용 트랜스포머
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따르면, 교류 입력전원를 정류하여 출력하는 입력 정류단과, 상기 입력 정류단의 출력을 직류화하는 직류 전원단 커패시터와, 상기 직류 전원단 커패시터와 병렬로 연결되는 하프 브리지 형태의 직렬 공진형 인버터를 구비한 고역률 형광등용 전자식 안정기에 있어서;
상기 입력 정류단의 후단에 위치하되, 한쪽이 상기 입력 정류단의 출력에 연결되고 다른 한쪽은 상기 직렬 공진형 인버터의 공진 커패시터와 연결되는 전하 펌프 커패시터와, 상기 전하 펌프 커패시터를 상기 직렬 공진형 인버터와 분리시키게 하는 블로킹 다이오드로 구성되는 전하 펌프단과; 상기 전하 펌프단과 직렬 공진형 인버터의 사이에 위치하되, 정류용 브리지 다이오드와, 상기 정류용 브리지 다이오드 및 보조직렬 공진회로를 통해 공진형 인버터 내의 공진 인덕터의 2차 권선과 연결되는 에너지 저장용 직류 커패시터와, 상기 직류 커패시터의 양극 단자와 공진형 인버터의 직류 링크 사이에 연결된 밸리 다이오드로 구성된 밸리필 직류 전원단;을 포함하는 필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기를 제공한다.
이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 전하 펌프단의 전하 펌프 커패시터를 입력 전원과 정류단 사이에 위치시키되, 상기 전하 펌프단의 블로킹 다이오드를 제거할 수 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 특징에 따르면, 교류 입력 전원를 정류하여 출력하는 입력 정류단과, 상기 입력 정류단의 출력을 직류화하는 직류 전원단 커패시터와, 상기 직류 전원단 커패시터와 병렬로 연결되는 하프 브리지 형태의 직렬 공진형 인버터를 구비한 고역률 형광등용 전자식 안정기에 있어서;
상기 입력 정류단의 후단에 위치하되, 한쪽이 입력 정류단의 출력에 연결되고 다른 한쪽은 상기 직렬 공진형 인버터의 공진 커패시터와 연결되는 전하 펌프 커패시터와, 상기 전하 펌프 커패시터를 상기 직렬 공진형 인버터와 분리시키게 하는 블로킹 다이오드로 구성되는 전하 펌프단을 상기 입력 정류단의 양단자와 음단자측에 각각 한 개씩 구비시키고; 정류용 브리지 다이오드와, 상기 정류용 브리지 다이오드 및 보조직렬 공진회로를 통해 직렬 공진형 인버터 내의 공진 인덕터의 2차 권선과 연결되는 에너지 저장용 직류 커패시터와, 상기 직류 커패시터의 양극 단자와 공진형 인버터의 직류 링크 사이에 연결된 밸리 다이오드로 구성된 밸리필 직류 전원단을 포함하며; 상기 밸리필 직류 전원단을 전하 펌프단과 공진형 인버터의 사이에 구성하되, 상기 직류 커패시터의 양단에 3개의 폴(pole)을 갖도록 6개의 다이오드로 이루어진 고주파 전파정류 다이오드단을 연결시키고, 상기 고주파 전파정류 다이오드단에서 2개의 폴(pole)의 중간 연결점들을 직렬 공진형 인버터의 두 개의 공진 인덕터의 2차 권선의 한쪽 단자에 각각 연결시키고, 나머지 하나의 폴(pole)의 중간 연결점은 보조직렬 공진회로를 통해 공진 인덕터의 2차 권선의 나머지 단자들과 연결시키고, 상기 밸리필 직류 전원단의 밸리 다이오드를 직류 커패시터의 양극단자와 입력 정류단의 양극단자의 사이에 연결한 것을 특징으로 하는 필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기를 제공한다.
이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 전하 펌프단의 제1, 제2 전하 펌프 커패시터를 입력전원과 입력 정류단의 사이에 위치시키되, 상기 전하 펌프단의 블로킹 다이오드를 제거할 수 있다.
본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
우선, 본 발명에서 적용하고자 하는 기술적 사상을 살펴보면, 본 발명은 주 공진회로내의 공진 인덕터에 2차 권선을 부가하여 이를 변형된 밸리필 구조와 결합함으로써 램프 방전시 램프양단의 전압을 제한하여 필라멘트 예열시간을 충분히 확보할 뿐 아니라 방전시 공진형 인버터의 직류 링크에 나타나는 서지 전압을 밸리필 구조의 특성을 이용하여 제한한다면 주 스위칭 소자의 파열 위험성을 줄일수 잇을 것이라는데 착안한 것이다.
또한, 밸리필 직류 전원단의 특성에 의해 생기는 밸리 구간동안 입력 전류가 흐를 수 있는 경로를 확보하기 위해 전하 펌프 커패시터를 입력단과 공진형 인버터사이에 연결하는 구조를 제안한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명이 적용된 고역률 형광등용 전자식 안정기의 구성을 도시한 회로도이다.
도 2를 참조하여 전체적인 구성을 살펴보면, 참조번호 1은 입력전원(Vs)을 공급받아 전파정류를 수행하는 전파정류 다이오드단을 나타내고, 2는 전파정류 다이오드단(1)과 전압원 방식의 공진형 인버터의 공진 커패시터(Cr)에 연결되는 전하펌프단을 나타낸다. 이때, 상기 전하 펌프단(2)은 입력 전압원(Vs)의 크기가 변형된 밸리 직류 전압원(3)의 직류 커패시터(Cdc)의 전압보다 작은 밸리 구간동안 입력 전류가 흐를 수 있는 경로를 만들어 주는 전하 펌프 커패시터(Cp)와, 상기 전하 펌프 커패시터(Cp)를 공진형 인버터와 분리시키는 블로킹(blocking) 다이오드(Dp)로 구성된다. 또한, 상기 전하 펌프단(2)과 공진형 인버터의 사이에 연결되는 밸리 직류 전압원(3)은 하나의 에너지 저장용 직류 커패시터(Cdc)와 다섯 개의 다이오드(Dv, D1 ~ D4)로 구성된다. 상기에서 직류 커패시터(Cdc)는 고주파 전파 정류 다이오드(D1 ~ D4)와 보조직렬 공진회로(5)를 통해 공진형 인버터 내의 공진 인덕터(4)의 2차 권선과 연결이 된다.
이때, 공진형 인버터는 두 개의 직렬 연결된 스위칭 소자(Q1, Q2)와 이를 구동하기 위한 게이트 구동용 트랜스포머(Tx), 부하 램프(lamp), 공진 커패시터(Cr), 공진 인덕터(4), 형광등의 초기 방전을 위한 커패시터(Cst), 그리고 공진 커패시터의 공진 전압을 직류 링크 전압으로 제한하기 위한 클램프 다이오드(Dc1, Dc2)로 구성이 된다.
상기 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 회로의 기본 동작을 살펴보면, 우선 입력전원(Vs)의 크기가 변형된 밸리필 직류 전원단(3)의 직류 커패시터(Cdc)의 전압보다 작은 구간에서는 전하 펌프단(2)의 블로킹 다이오드(Dp)가 도통하지 않기 때문에 공진형 인버터의 공진 커패시터(Cr)과 연결된 전하 펌프단(2)의 전하 펌프 커패시터(Cp)에 의해 입력 전류가 형성이 되는데 이는 공진형 인버터의 공진 커패시터의 고주파 전압 변화에 따라 전하 펌프 커패시터(Cp)에 전류가 유기되기 때문이다.
이때, 공진형 인버터의 부하 램프 구동 에너지는 변형된 밸리필 직류 전원단(3)의 직류 커패시터(Cdc)에 축적되어 있던 에너지에 의해 공급된다. 상기 변형된 밸리필 직류 전원단(3)의 직류 커패시터(Cdc)는 입력전원(Vs)의 크기가 직류 커패시터(Cdc)의 전압보다 클 경우 공진형 인버터의 공진 인덕터(4)의 2차 권선(n2)으로부터 에너지를 공급받아 충전된다.
상기 공진 인덕터(4)는 스위칭 소자(Q1, Q2)의 스위칭 주기 대부분의 구간 동안에 공진 인덕터(Lr)로 동작을 하지만 추가적인 2차 권선(n2)을 부가함으로써 스위칭 순간에는 트랜스포머처럼 동작을 하게 된다. 한편, 게이트 구동용 트랜스포머(6)에 의해 스위칭 동작이 발생하게 되면 공진 인덕터(4)의 1차 권선(n1) 양단에는 순간적으로 변형된 밸리필 직류 전압원(3)의 직류 커패시터(Cdc)의 양단에 걸리 전압보다 훨씬 큰 전압이 걸리게 되고 이로 인해서 공진 인덕터(4)의 2차측(n2)의 보조직렬 공진회로(5)에 전압 변화가 생기게 된다.
그 결과, 상기 공진형 인버터에는 등가적으로 짧은 공진 현상이 발생하게 되고, 이때 발생하는 공진 전류가 변형된 밸리필 직류 전원단(3)의 고주파 전파 정류단(D1 ~ D4)을 거쳐 직류 커패시터(Cdc)를 충전하게 된다.
한편, 본 발명이 적용된 역률 개선 회로는 자체적으로 램프의 초기 방전 전압과 직류 링크 전압을 제한하는 기능을 가지고 있다. 그 이유는 필라멘트 예열 구간에 스위칭이 일어나는 동안에 램프 양단에 걸리는 전압은 2차 권선(n2)를 통해 변형된 밸리필 직류 전원단(3)의 직류 콘덴서(Cdc)와 연결된 공진 인덕터(4)에 의해 그 최고치가 제한이 되고 따라서 순간적인 램프 방전이 이루어지기 어려워져 충분한 필라멘트 예열 시간을 확보할 수 있기 때문이다.
또한, 직류 링크의 전압은 직접 충전 구간과 밸리 구간으로 나누어져 나타나게 되는데, 공진형 인버터의 직류 링크 전압은 직접 충전 구간 동안에는 입력 전원 전압(Vs)과 동일하게 나타나고 밸리 구간 동안에는 직류 커패시터(Cdc)의 전압에 의해 나타나게 됨으로 기존 방식에서 보다 낮은 서지 직류 링크 전압 특성을 보여 스위칭 소자 및 다른 회로 소자에 걸리는 전압 스트레스를 받게 된다.
결국, 본 발명에 의한 전자식 안정기에서 상술된 적절한 특성을 얻기 위해서는 보조직렬 공진회로(5)의 공진 주파수의 적절한 선택이 중요하다. 이는 램프의 필라멘트 예열시간과 램프 전류의 최고치와 실효치의 비인 CF(crest factor) 사이의 적절한 보상 조정에 의해 결정이 되어야 한다.
또한, 충분한 필라멘트 예열시간을 확보하기 위해서는 램프가 순간 방전이 이루어지지 않게 하기 위해 램프 양단의 전압 강하를 줄여야 하는데 이는 보조 직렬 공진 회로(5)의 공진 주파수를 공진형 인버터의 초기 방전 주파수에 거의 가깝게 맞춤으로써 조절할 수가 있다.
하지만, 램프에 흐르는 전류의 CF를 낮추기 위해서는 보조 직렬 공진 회로(5)의 주파수를 직접 충전 구간 동안의 공진형 인버터의 주파수와 밸리 구간 동안의 공진형 인버터의 동작 주파수 사이의 적절한 주파수에 맞추는 것이 적당하다. 따라서 보조직렬 공진회로(5)의 공진 주파수는 다음의 수학식 1에 의해 적절히 조정되어야 한다.
한편, 상기 전하 펌프단(2)의 위치를 첨부한 도 3에서와 같이, 입력 정류단(1)의 앞에 위치시켜도 동일한 특성을 얻을 수 있다.
첨부한 도 3은 도 2에 도시되어 있는 전하 펌프단(2) 내의 블로킹 다이오드(Dp)를 제거하고 그 기능을 입력 정류단(1)이 대신 담당하게 한 것이며, 전하 펌프 커패시터(Cp1, Cp2)는 1개 혹은 2개를 직렬로 연결하여 공진형 인버터의 공진 인덕터와 연결하여 사용할 수 있다.
또한, 첨부한 도 4는 본 발명에 의한 전자식 안정기를 이용하여 2개의 부하 램프를 구동하고자 할 때 구성할 수 있는 회로를 도시한 것으로써, 입력전원(Vs)의 다음에 입력 정류단(1)이 위치하고, 전하 펌프단(2)의 전하 펌프 커패시터(Cp1, Cp2)를 각각 입력 정류단(1)의 양단과 공진형 인버터의 각 공진 커패시터(Cr1, Cr2)에 연결하여 위치시키고, 입력 정류단(1)의 양단과 변형된 밸리필 직류 전원단(3) 사이에 각각 블로킹 다이오드(Dp1, Dp2)를 위치시킨다. 상기 입력 정류단(1)과 공진형 인버터 사이에는 도 2와 같이 변형된 밸리필 직류 전원단(3)을 위치시키는데, 그 구성은 하나의 직류 커패시터(Cdc)와 1개의 밸리 다이오드(Dv), 그리고 6개의 고주파 전파정류 다이오드(D1 ~ D6)로 되어 있으며, 상기 고주파 전파정류 다이오드(D1 ~ D6)는 보조직렬 공진회로(5)를 거쳐 공진형 인버터의 공진 인덕터(4)의 2차 권선(n2)에 연결된다.
상기와 같이 구성되는 도 4의 전자식 안정기의 기본 동작은 상술된 도 2의 1등용 전자식 안정기의 기본 동작과 동일하다.
한편, 상술된 도 4의 역률 개선 회로의 전하 펌프단(2)의 위치를 도 5에서와 같이 입력 정류단(1)의 앞에 위치시켜도 동일한 특성을 얻을 수 있다.
도 5는 블로킹 다이오드 (Dp1, Dp2)를 제거하고 그 기능을 입력 정류단(1)이 대신 담당하게 한 것이며, 전하 펌프 커패시터(Cp1, Cp2)는 정류단(1)의 양단과 공진형 인버터의 공진 커패시터(Cr1, Cr2)에 각각 연결시켜 구성한다.
이상에서 상술된 본 발명의 제안된 고역률 전자식 안정기는 주 공진회로내의 공진 인덕터에 2차 권선을 부가하여 이를 변형된 밸리필 구조와 결합함으로써 램프 방전시 램프양단의 전압을 제한하여 필라멘트 예열시간을 충분히 확보할 뿐 아니라 방전시 공진형 인버터의 직류 링크에 나타나는 서지 전압을 밸리필 구조의 특성을 이용하여 제한함으로써 주 스위칭 소자의 파열 위험성을 줄이고,
또한, 밸리필 직류 전원단의 특성에 의해 생기는 밸리 구간동안 입력 전류가 흐를 수 있는 경로를 확보하기 위해 전하 펌프 커패시터를 입력단과 공진형 인버터사이에 연결하여 역률을 대폭 개선하였다.
이상에서 설명한 바와 간은 본 발명의 필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기는 기존의 공진형 인버터를 이용한 형광등용 전자식 안정기 보다 저비용으로 향상된 역률 개선 능력을 부여하고, 별도의 부가 회로가 없이 충분한 필라멘트 예열시간을 확보하여 램프의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 램프의 방전시 공진형 인버터에 서지 직류 링크 전압을 제한함으로써 스위칭 소자의 전압 스트레스를 낮추어 줄 수 있기 때문에 신뢰성 높은 저가격용 전자식 안정기를 개발할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 입력단과 공진형 인버터사이에 전하펌프 커패시터를 위치시킴으로써 입력전원 전압의 전체 주기동안 입력 전류가 흐를 수 있게 유도함으로써 입력전원 측의 역률을 개선하여 별도의 제어회로가 부가되지 않기 때문에 전체 회로의 간략화를 통하여 가격 경쟁력을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 교류 입력전원를 정류하여 출력하는 입력 정류단과, 상기 입력 정류단의 출력을 직류화하는 직류 전원단 커패시터와, 상기 직류 전원단 커패시터와 병렬로 연결되는 하프 브리지 형태의 직렬 공진형 인버터를 구비한 고역률 형광등용 전자식 안정기에 있어서;
    상기 입력 정류단의 후단에 위치하되, 한쪽이 상기 입력 정류단의 출력에 연결되고 다른 한쪽은 상기 직렬 공진형 인버터의 공진 커패시터와 연결되는 전하 펌프 커패시터와, 상기 전하 펌프 커패시터를 상기 직렬 공진형 인버터와 분리시키게 하는 블로킹 다이오드로 구성되는 전하 펌프단과;
    상기 전하 펌프단과 직렬 공진형 인버터의 사이에 위치하되, 정류용 브리지 다이오드와, 상기 정류용 브리지 다이오드 및 보조직렬 공진회로를 통해 공진형 인버터 내의 공진 인덕터의 2차 권선과 연결되는 에너지 저장용 직류 커패시터와, 상기 직류 커패시터의 양극 단자와 공진형 인버터의 직류 링크 사이에 연결된 밸리 다이오드로 구성된 밸리필 직류 전원단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전하 펌프단의 전하 펌프 커패시터를 입력 전원과 정류단 사이에 위치시키되, 상기 전하 펌프단의 블로킹 다이오드를 제거한 것을 특징으로 하는 필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기.
  3. 교류 입력 전원를 정류하여 출력하는 입력 정류단과, 상기 입력 정류단의 출력을 직류화하는 직류 전원단 커패시터와, 상기 직류 전원단 커패시터와 병렬로 연결되는 하프 브리지 형태의 직렬 공진형 인버터를 구비한 고역률 형광등용 전자식 안정기에 있어서;
    상기 입력 정류단의 후단에 위치하되, 한쪽이 입력 정류단의 출력에 연결되고 다른 한쪽은 상기 직렬 공진형 인버터의 공진 커패시터와 연결되는 전하 펌프 커패시터와, 상기 전하 펌프 커패시터를 상기 직렬 공진형 인버터와 분리시키게 하는 블로킹 다이오드로 구성되는 전하 펌프단을 상기 입력 정류단의 양단자와 음단자측에 각각 한 개씩 구비시키고;
    정류용 브리지 다이오드와, 상기 정류용 브리지 다이오드 및 보조직렬 공진회로를 통해 직렬 공진형 인버터 내의 공진 인덕터의 2차 권선과 연결되는 에너지 저장용 직류 커패시터와, 상기 직류 커패시터의 양극 단자와 공진형 인버터의 직류 링크 사이에 연결된 밸리 다이오드로 구성된 밸리필 직류 전원단;을 포함하며,
    상기 밸리필 직류 전원단을 전하 펌프단과 공진형 인버터의 사이에 구성하되, 상기 직류 커패시터의 양단에 3개의 폴(pole)을 갖도록 6개의 다이오드로 이루어진 고주파 전파정류 다이오드단을 연결시키고, 상기 고주파 전파정류 다이오드단에서 2개의 폴(pole)의 중간 연결점들을 직렬 공진형 인버터의 두 개의 공진 인덕터의 2차 권선의 한쪽 단자에 각각 연결시키고, 나머지 하나의 폴(pole)의 중간 연결점은 보조직렬 공진회로를 통해 공진 인덕터의 2차 권선의 나머지 단자들과 연결시키고, 상기 밸리필 직류 전원단의 밸리 다이오드를 직류 커패시터의 양극단자와 입력 정류단의 양극단자의 사이에 연결한 것을 특징으로 하는 필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전하 펌프단의 제1, 제2 전하 펌프 커패시터를 입력전원과 입력 정류단의 사이에 위치시키되, 상기 전하 펌프단의 블로킹 다이오드를 제거한 것을 특징으로 하는 필라멘트 예열기능을 가진 고역률 형광등용 전자식 안정기.
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