KR100314939B1 - 고압 방전등용 전자식 안정기 및 고압 방전등 구동방법 - Google Patents

고압 방전등용 전자식 안정기 및 고압 방전등 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고압 방전등용 전자식 안정기 및 고압 방전등 구동방법에 관한 것으로, 특히 상용교류를 입력하여 승압된 직류전압을 출력하는 전원회로부와, 한 쌍의 스위칭 구동신호들에 응답하여 상기 승압된 직류전압을 스위칭하여 고압 방전등을 구동하기 위한 하프 브리지형 인버터와, 서로 스위칭 온 기간 사이에 소정의 데드타임을 갖고 180도 위상차를 가진 한 쌍의 스위칭 구동신호들을 소정 시간 간격으로 주파수가 소정 대역내에서 단계적으로 가변되는 것이 순환되도록 생성하여 상기 하프 브리지 인버터에 제공하는 디지털 제어부를 포함한다. 고압방전등 구동시, 고 주파수의 가청소음의 발생을 막고 불꽃의 안정화를 도모하기 위해, 같은 주파수를 수회에서 수십회 반복하여 다음 주파수로 넘어가는 변형된 백색 노이즈 변조(white noise modulation)기법으로 점등 유지시킨다.

Description

고압 방전등용 전자식 안정기 및 고압 방전등 구동방법{ELECTRONIC BALLAST FOR HIGH-INTENSITY DISCHARGE LAMP AND METHOD OF DRIVING HIGH-INTENSITY DISCHARGE LAMP}
본 발명은 나트륨 램프, 수은 램프, 메탈 할라이드 램프 등 고압 방전등을 점등 유지하기 위한 마이크로 프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기에 관한 것으로, 특히 백색 노이즈 변조(White Noise Modulation)된 구동 파형을 마이크로프로세서를 사용하여 실현함에 있어 같은 주파수를 수 회에서 수십 회 반복하는 기법으로 백색 노이즈 변조(White Noise Modulation)를 변형하여 고음의 가청소음을 없애고, 불꽃이 파동 치는 것이나 공명에 의한 소음(acoustic resonance)을 막아 고압 방전등을 안정적으로 구동시키는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기에 관한 것이다.
현재까지의 고압 방전등용 전자식 안정기의 회로구성은 대부분 아날로그 방식이나 단순한 로직에 의한 것이 대부분이었다. 이 방식은 제어가 간단할 경우에는 디지털방식에 비해 유리할 수 있으나 회로가 복잡해지고 제어의 내용이 많아지면 오히려 마이크로프로세서를 이용한 디지털 제어 방식이 회로구성 및 가격 면에서도 유리하다.
USP 5,428,268에는 고압 방전등의 전자식 안정기가 제시되어 있다. 상기 특허에서는 안정기의 구성이 아날로그회로 및 단순 로직회로로 구성되므로 회로의 구성이 매우 복잡함을 알 수 있다.
이밖에 고압 방전등의 구동방법은 수십 KHz의 단일 주파수로 점등 유지시키거나, 저 주파수의 구형파에 고주파를 실어 변조를 한 방식을 사용하거나, 주파수 변화(Frequency shift)방식에 의한 것이 대부분이나 저주파수의 구형파에 고주파를 실어 변조시키는 방식은 디밍에서 어려움이 있고, 주파수 변화(Frequency shift)에 의한 구동 방식은 고압 방전등의 제조회사별로 특성이 불균일하게 되므로 방전등 불꽃의 안정화에 어려움이 따른다.
특히 메탈 할라이드 램프는 안정기를 전자식으로 구성할 경우 불꽃이 불안정하거나 파도치는 현상(Fluctuation)이 발생하는 경우가 많고 공명에 의한 소음(Acoustic Resonance)이 발생하여 심할 경우 방전튜브가 파괴되기까지 한다.
Laszlo Laskai, Prasad N. Enjeti, Ira J. Pitel 등은 'White-Noise Modulation of High-Frequency High-Intensity Discharge Lamp Ballasts'에 관한 논문을 IEEE Transactions Industry Application Vol. 14, No. 3, May/June 1988에발표하였다. 상기 논문에서는 고주파 전자식 안정기로 동작되는 메탈할라이드 램프에서 공명에 의한 소음(Acoustic Resonance)에 관련된 문제를 회피하기 위하여, 인버터 스위칭 주파수를 랜덤화하고 램프 파워 스펙트럼을 문턱치 미만으로 제한되도록 각변조를 사용하는 기술을 제시하고 있다. 그러나 이 방법 역시 와트수가 높아지면 고 주파수의 가청소음이 발생된다.
하프브리지 인버터 회로를 이용하는 방법이 있으나, 이는 안정기 출력이 클 경우 하프브리지 인버터 스위칭시 파형의 쉬프트가 일어나 스위칭 소자의 하이부분과 로우부분사이에 열발생이 차이가 나 균형을 이루지 않아 수명이 단축되는 문제점이 있다.
본 발명의 제 1 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 인버터 스위칭 주파수를 소정 대역 내에서 단계적으로 가변시키고, 각 단계에서는 수 내지 수십 주기동안 동일 주파수를 유지하는 변형된 백색 노이즈 변조 패턴을 형성함으로써 고음의 가청 소음을 제거할 수 있는 고압 방전등용 전자식 안정기 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 180도 위상이 어긋난 한 쌍의 인버터 스위칭 구동신호들의 스위칭 온기간 사이에 소정의 데드타임을 설정하고 인버터부에서 쉬프트된 파형이 구동을 위한 게이트 파형에 가깝도록 만들어 하프브리지 인버터의 하이부분과 로우부분의 열발생이 균형을 이루도록 하는 고압 방전등용 전자식 안정기 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 소정 대역을 가진 스위칭 주파수의 대역을 이동시킴으로써 디밍 조절이 가능한 고압 방전등용 전자식 안정기 및 그 구동방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 상용교류를 입력하여 승압된 직류전압을 출력하는 전원회로부와, 한 쌍의 스위칭 구동신호들에 응답하여 상기 승압된 직류전압을 스위칭하여 고압 방전등을 구동하기 위한 하프브리지형 인버터와, 서로 스위칭 온 기간 사이에 소정의 데드타임을 갖고 180도 위상차를 가진 한 쌍의 스위칭 구동신호들을 소정 시간 간격으로 주파수가 소정 대역내에서 단계적으로 가변되는 것이 순환되도록 생성하여 상기 하프 브리지 인버터에 제공하는 디지털 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은 소정 주파수를 가진 스위칭 구동신호를 k번 반복하여 발생하는 단계와, 상기 소정 주파수를 가진 스위칭 구동신호의 주기를 변경하는 단계와, 상기 발생 및 변경단계를 n회 수행하는 단계와, 상기 단계들을 순차적으로 반복하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 장치는 상용교류를 입력하여 직류전압을 발생하는 AC-DC 변환기와, 상기 직류전압을 승압하여 승압된 직류전압을 발생하는 부스터와, 상기 부스터에 결합되고, 기동시에는 상기 승압된 직류전압으로부터 동작전압을 발생하고 정상 동작시에는 안정화된 동작전압을 발생하는 보조전원부와, 한 쌍의 스위칭 구동신호들에 응답하여 상기 승압된 직류전압을 스위칭하여 고압 방전등을 구동하기 위한 하프 브리지형 인버터와, 상기 하프브리지형 인버터에 결합되고, 기동제어신호에 응답하여 상기 승압된 직류전압으로 상기 고압 방전등을 기동하기 위한 기동회로부와, 보조전원부로부터 동작전압을 제공받고, 기동 후에는 상기 기동제어신호를 발생하여 상기 기동회로부를 디스에이블시키고, 정상 동작시에는 서로 온타임 기간 사이에 소정의 데드타임을 갖고 180도 위상차를 가진 한 쌍의 스위칭 구동신호들을 소정 시간 간격으로 주파수가 소정 대역내에서 단계적으로 가변되는 것이 순환되도록 생성하여 상기 하프 브리지 인버터에 제공하는 디지털 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1A 내지 도 1D는 본 발명에 의한 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기의 회로구성을 나타낸 회로도이다.
도 2A 및 2B는 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예의 스위칭 구동신호의 파형도이다.
도 3은 백색노이즈변조 파형의 주파수묶음을 도시한다.
도 4A 내지 도 4C는 본 발명에 의한 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기의 동작을 설명하기 위한 플로챠트이다.
도 5는 본 발명에 의한 백색 노이즈 변조된 스위칭 구동신호의 발생 동작을 설명하기 위한 플로챠트이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 전원회로부 200 : 하프 브리지형 인버터
300 : 디지털 제어부 110 : AC-DC 변환기
120 : 부스터 130 : 보조전원부
12 : EMI 억제용 필터 14 : 정류부
16 : 제 1 전원부 18 : 제 2 전원부
20 : 동작전원부 20A : 기동전원부
20B : 브라운 아웃 회로부 22 ; 전원차단부
24 : 기동회로부 26 : 제 1 구동부
28 : 제 2 구동부 30 : 기동정지부
32 : 점소등 검출부 34 : 온도검출부
36 : 전압레벨 검출부 38 : 조도검출부
40 : 디밍조절부 42 : 디밍모드 선택부
44 : 스위칭 구동신호 출력부 46 : 클럭발생부
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1A 내지도 1C는 본 발명에 의한 고압 방전등의 전자식 안정기의 회로구성을 나타낸다. 도 1A 내지 도 1C에서 안정기는 크게 전원회로부(100), 하프 브리지형 인버터(200), 디지털 제어부(300)로 구성한다.
전원회로부(100)는 AC-DC 변환기(110), 부스터(120), 보조전원부(130)를 포함한다.
도 1A를 참조하면, AC-DC 변환기(110)에서는 상용 교류전원(AC)이 EMI억제용 필터(12)를 거쳐서 정류부(14)에 공급된다. 정류부(14)는 브리지 다이오드(D1∼D4)로 구성되어 상용 교류전원을 제 1 직류전압(V1)으로 출력한다.
부스터(120)는 역률 개선 제어회로(U1), 평활용 입력 캐패시터(C5), 트랜스포머(T1), 스위칭 트랜지스터(Q10), 저항(R17), 다이오드(D12) 및 평활용 출력 캐패시터(C13)로 구성한다. 부스터(120)는 제 1 직류전압(V1)을 스위칭 트랜지스터(Q10)로 고주파 스위칭하고 트랜스포머(T1)로 승압하여 제 2 직류전압(V2)을 주 동작전압으로 출력한다. 트랜스포머(T1)는 제 1 권선(T1/1), 제 2 권선(T1/2), 제 3 권선(T1/3)을 포함한다.
도 1B를 참조하면, 보조전원부(130)는 제 1 전원부(16). 제 2 전원부(18), 동작전원부(20), 전원차단부(22)를 포함한다.
제 1 전원부(16)는 다이오드(D9), 저항(R9), 캐패시터(C6) 및 제너 다이오드(ZD1)로 구성되고, 트랜스포머(T1)의 제 2 권선(T1/2)을 통하여 부스터(120)와 유도 결합된다. 따라서, 제 2 권선(T1/2)를 통하여 유도되는 고주파신호를 반파 정류하고 반파 정류된 신호를 제너 다이오드(ZD1)로 리미팅시켜서 제 3 직류전압(V3)을 제 1 전원전압으로 출력한다. 제 1 전원전압은 하프 브리지 인버터(200)의 하나의 스위칭 트랜지스터를 구동하기 위한 전원으로 사용된다.
제 2 전원부(18)는 다이오드(D10), 캐패시터(C7), 3단자 레귤레이터(U2), 캐패시터(C9), 다이오드(D13), 저항(R23)으로 구성되고, 트랜스포머(T1)의 제 3 권선(T1/3)을 통하여 부스터(120)와 유도 결합된다. 따라서, 제 3 권선(T1/3)을 통하여 유도되는 고주파신호를 반파 정류하고 반파 정류된 신호를 3단자 레귤레이터(U2)로 징전압을 만들어 제 4 직류전압(V4)을 제 2 전원전압으로 출력한다. 제 2 전원전압은 하프 브리지 인버터(200)의 다른 하나의 스위칭 트랜지스터를 구동하기 위한 전원으로 사용되고 정상 동작상태에서 디지털제어부(300)의 구동전원으로 제공된다.
동작전원부(20)는 크게 기동 전원부(20A)와 브라운 아웃(brown out) 회로부(20B)로 구성된다.
기동 전원부(20A)는 저항(R25, R27, R28, R30, R31)과, 트랜지스터(Q11,Q12)와, 역류 방지용 다이오드(D14)로 구성한다. 기동 전원부(20A)는 부스터(120)의 주 동작전압(V2)을 저항(R25)에 통하여 다운시키고 다운된 전압을 트랜지스터(Q11)를 통하여 디지털 제어부(300)의 기동시 동작전압으로 제공한다. 기동전원은 트랜지스터(Q11)의 스위칭에 의해 ON OFF 제어되며, 트랜지스터(Q11)는 디지털 제어부(300)로부터 단자 h를 통하여 제공되는 기동제어신호에 응답하여 스위칭되는 트랜지스터(Q12)에 의해 0N OFF된다. 따라서, 기동전압은 방전등의 기동시에만 사용되는데 기동시에는 하프 브리지 인버터(200)의 기동회로부만 동작함으로 부스터(120)의 승압용 트랜스포머(T1)의 제 3 권선(T1/3)에 유기되는 전압이 불안정하여 디지털 제어부(300))의 오동작을 초래할 위험이 있기 때문이다.
기동시에는 기동제어신호가 접지전압 레벨 상태로 되어 트랜지스터(Q12)를 OFF상태로 만들고 저항(R27)과 저항(R28)에 의해 분압된 전압에 의해 트랜지스터(Q11)를 도통시켜 주 동작전압(V2)이 저항(R25)을 통해 안정된 동작전원을 제공하고, 방전등이 점등되면 기동제어신호가 동작전압 레벨 상태로 되어 트랜지스터(Q12)를 ON시키고 이에 따라 트랜지스터(Q11)를 OFF시켜 제 2전원전압(V4)에 의해서만 정상적인 동작전원을 공급한다.
브라운 아웃 회로부(20B)는 캐패시터(C17), 제너다이오드(ZD3), 캐패시터(C18), 저항(R29, R26), 제너다이오드(ZD4), 연산증폭기(U3)로 구성된다.
브라운 아웃 회로부(20B)는 기동시에는 기동전원부(20A)로부터 동작전압을 공급받고, 정상동작시에는 제 2 전원부(18)의 제 2 전원전압을 공급받아 디지털 제어부(300)의 동작전압을 제공한다. 또한, 기동을 할 경우나 순시 재점등 보호 모드가 동작을 할 경우에는 제 5 직류전압(V5)이 형성되는데 이 전압 즉 연산증폭기(U3)의 비반전단자(+)에 입력되는 전압이 제너다이오드(ZD4)에 의해 리미팅되어 반전단자(-)에 입력되는 전압보다 높을 경우에만 출력 단자로 동작전압(VCC)이 출력되도록 함으로써 제 5 직류전압(V5)이 제너다이오드(ZD4)에 의한 기준전압 이하일 경우는 디지털 제어부(300)에 동작전압이 공급되지 않아 디지털 제어부(300)의 오동작을 막는 역할을 한다.
전원차단부(22)는 저항(R32, R33, R34), 다이오드(D15, D16,D17), 싸이리스터(Q13), 트랜지스터(Q14), 캐패시터(C19)로 구성한다. 안정기에서 각종 보호모드가 동작할 경우, 예컨대 과열시, 무부하시, 기동 실패시, 램프의 노후화로 인해 점멸이 반복되는 경우 등의 상황이 발생하면 디지털 제어부(300)에서는 단자 g를 통하여 전원차단 제어신호를 동작전압 레벨 상태로 하여 싸이리스터(Q13)를 턴온시키고, 교류전원 투입과 동시에 저항(R33, R34)에 의해 ON상태에 있던 트랜지스터(Q14)를 거쳐 다이오드 (D15)를 통해 트랜지스터(Q11)의 베이스 전위를 접지전압으로 끌어내림으로서 트랜지스터(Q11)를 OFF시켜 기동전원부(20A)의 전원공급을 차단하고, 다이오드(D16)을 통해 제 4 직류전압(V4)을 접지전위 레벨로 끌어내림으로서 역률 개선 제어회로(U1)의 동작을 정지시켜 안정기 전체의 동작을 중지시켜서 안정기를 보호한다.
안정기를 정상 동작을 시키기 위해서는 교류전원을 껐다가 재 투입해야 한다. 즉 교류전원을 차단하면 트랜지스터(Q14)는 OFF상태가 되고 싸이리스터(Q13)는 OFF상태가 되어 리세트된다. 그 이후는 전원을 처음 투입하는 것과 같이 되어 정상 동작을 시작한다.
고전압으로 구동되는 부스터(120)와 하프 브리지 인버터(200)의 그라운드와 저전압으로 동작되는 디지털 제어부(300)의 접지 사이에는 고전압 회로부로부터 고압 노이즈가 디지털 제어부에 인가되는 것을 방지하기 위하여 다이오드(D8)을 통하여 연결한다. 다이오드(D8)는 고압 방전등을 초기 기동시 수천 볼트의 전압을 방전등에 인가하는데 이 전압이 그라운드에 노이즈로 중첩되어 나타나므로 이 노이즈로부터 디지털 제어부를 보호하고 오동작을 방지하기 위하여 삽입한다.
도 1A를 참조하면, 하프 브리지 인버터(200)는 부스터(120)의 양 출력단자, 즉 단자 b와 그라운드 사이에 직렬로 연결된 두 결합 캐패시터(C2, C3)와 두 스위칭 트랜지스터(Q2, Q3)를 포함한다. 결합 캐패시터(C2, C3)의 공통접점(A)와 스위칭 트랜지스터(Q2, Q3)의 공통접점(B) 사이에는 고압 방전등(LP)와 고주파 트랜스포머(T2)가 직렬로 연결된다. 또한, 두 공통접점(A, B)사이에 캐패시터(C20)가 연결되고 방전등에 병렬로 인덕터(L1)가 연결된다. 하프브리지 인버터(200)는 캐패시터(C20)에 의해 부하시 파형이 쉬프트 되어 지연(Lag)된 것을 원위치로 회복시켜 스위칭소자(Q2,Q3)의 게이트에 인가한 파형과 같게 만들어 스위칭 소자의 하이부분과 로우부분의 열발생이 균형을 이루도록한다.
트랜지스터(Q2)의 소오스 및 드레인 단자들 사이에는 배리스터(VR3) 및 다이오드(D6)가 병렬로 연결되고, 스위칭 트랜지스터(Q3)의 소오스 및 드레인 단자들 사이에는 배리스터(VR4) 및 다이오드(D7)가 병렬로 연결된다.
고주파 트랜스포머(T2)는 페라이트 코아를 포함하고 2차 제 2 권선(T2/2) 및 2차 제 3 권선(T2/3)을 포함한다.
기동회로부(24)는 저항(R1,R2,R3,R4), 캐패시터(C1,C4), 싸이리스터(Q1), 다이액(D5), 온도스위치(TW/S)로 구성된다. 기동회로부(24)는 제 2 직류전압(V2)과 그라운드 사이에 온도스위치(TW/S)와 저항(R1)과 캐패시터(C1)가 직렬로 연결되며, 상기 저항(R1) 캐패시터(C1)의 접점과 싸이리스터(Q1)의 애노우드에 고주파 트랜스포머(T2)의 2차 제 1 권선(T2/2)의 양단이 각각 연결된다. 캐패시터(C1)의 양단에 직렬 저항(R2, R3, R4)이 연결되고, 저항(R3,R4)의 공통접점과 싸이리스터(Q1)의 게이트 사이에 다이액(D5)이 연결되고, 직렬로 연결된 저항(R2, R4)에 캐패시터(C4)가 병렬로 연결된다. 저항(R2,R4)의 공통 접점에는 디지털 제어부(300)로부터 기동제어신호가 제공된다.
기동회로부(24)는 저항(R1)을 통해 캐패시터(C1)에 충전되는 전압이 저항(R3,R4,R2)에 의해 분압되고, 분압된 전압이 다이액(D5)의 제한전압을 넘어서면 싸이리스터(Q1)를 도통시켜 캐패시터(C1)에 충전된 전하는 트랜스포머(T2)의 2차 제 1 권선(T2/2)을 통해 싸이리스터(Q1)로 일시에 흐른다. 방전이 완료되면 스위칭 소자(Q1)는 OFF상태가 되며 이때 트랜스포머 2차 제 1 권선(T2/2)에 역기전력이 생겨 펄스가 발생되고 트랜스포머의 권수비에 따라 1차제 1 권선(T2/1)에 수천 볼트의 고전압이 유기되어 고압 방전등(LP)에 인가되므로 방전등(LP)은 방전을 개시하게 된다. 이때, 방전을 개시한 후에도 간혹가다가 싸이리스터(Q1)가 OFF상태가 안되는 경우가 있는데 이렇게 되면 저항(R1)이 과열되어 안정기가 파괴된다. 이를 보호하기 위하여 온도스위치(TW/S)를 저항(R1)과 일체시켜 만약 싸이리스터(Q1)가 OFF가 안되더라도 저항의 발열에 의하여 온도스위치(TW/S)를 OFF 시켜 안정기를 보호한다.
스위칭 트랜지스터(Q2)의 게이트와 소오스 사이에는 제 1 구동부(26)의 출력측이 결합되고, 스위칭 트랜지스터(Q3)의 게이트 소오스 사이에는 제 2 구동부(28)의 출력측이 결합된다.
제 1 구동부(26)는 스위칭 트랜지스터(Q4,Q5), 저항(R6, R10), 수광소자(PT1)로 구성된다. 제 1 구동부(26)는 제 1 전원부(16)와 단자 c 및 d를 통하여 연결되어 제 1 전원전압(V3)을 구동전압으로 공급받는다. 따라서, 제 1구동부(26)는 디지털 제어부(300)와 광결합되어 스위칭 구동신호를 제공받고, 전기적으로는 아이 솔레이션된다.
제 2 구동부(28)는 스위칭 트랜지스터(Q6,Q7), 저항(R8, R11), 수광소자(PT2)로 구성된다. 제 2 구동부(28)는 제 2 전원부(18)와 단자 e와 동작전원부의 접지를 통하여 연결되어 제 2 전원전압(V4)을 구동전압으로 사용한다. 따라서, 제 2 구동부(28)는 디지털 제어부(300)와 광결합되어 스위칭 구동신호를 제공받고, 전기적으로는 아이솔레이션된다.
도 1C를 참조하면, 디지털 제어부(300)는 마이크로 프로세서(U4), 기동정지부(30), 점소등 검출부(32), 온도검출부(34), 전압레벨 검출부(36),조도검출부(38), 디밍조절부(40), 디밍모드 선택부(42), 스위칭 구동신호 출력부(44), 클럭발생부(46)를 포함한다.
마이크로프로세서(U4)는 CPU, A/D 컨버터입력단자, RAM, ROM이 원칩으로 구성된 것으로 각 입출력 단자에 대한 용도는 다음과 같다.
A0(A/D 컨버터 입력) : 디밍조절부(40)와 연결되고, 디밍 조절값을 입력하기 위한 입력단자이다.
A1(A/D 컨버터 입력) : 조도검출부(38)와 연결되고, 주야간 조도의 변화에 따라 조도검출부(38)에 의해 인가되는 전압의 변화를 검출하기 위한 입력단자이다.
A2(A/D 컨버터 입력) : 동작전압(VCC)을 입력하는 것으로 점등시 또는 재점등시 부스터(120)의 출력 캐패시터(C13)에 전하가 남아있어 이것에 의한 전원이 공급될 때 이 전압을 감지하기 위한 입력단자이다.
A3(A/D 컨버터 입력) : 전압레벨 검출부(36)에 연결되고, A2단자와 비교를 위한 입력으로 제너다이오드 (ZD2)에 의해 설정된 기준전압을 입력하기 위한 단자이다.
BO(I/O 출력) : 기동정지부(30)와 연결되고, 기동정지 제어신호를 출력하기 위한 출력 단자이다.
B1(I/O 입력) : 점소등 검출부(32)와 연결되고, 방전등의 점소등 검출신호를 입력하기 위한 입력 단자이다.
B2, B3(I/O 출력) : 스위칭 구동신호 출력부(44)와 연결되고, 제 1 및 제 2 구동부를 구동하기 위한 스위칭 구동신호를 출력하기 위한 출력단자이다. 스위칭구동신호는 수십-수백KHz의 변형된 백색 노이즈 변조(white noise modulation)된 신호이다. B2과 B3의 신호는 서로 교호로 발생되고 두 신호의 유신호구간 사이에는 데드 타임(DEAD TIME)을 갖는다. 이러한 신호는 고주파수대에서 발생하는 불꽃 흔들림을 방지함과 동시에 안정기의 효율을 향상시킨다.
B4(I/O 출력) : 단자 g와 연결되고, 각종 보호모드가 검출되었을 경우, 즉 무부하 보호, 기동 실패 보호, 저 전압 보호, 과열보호, 순시 재점등 보호, 램프 불량으로 인한 꺼짐과 켜짐의 반복으로 인한 보호 등의 보호 상황이 발생하면 역률 개선 제어회로의 동작을 정지시키고 기동전원부의 동작을 중지시킬수 있는 전원차단 제어신호를 출력한다.
B5(I/O 출력) : 단자 h와 연결되고, 초기 기동 후에는 기동전원부의 동작을 정지시키기 위한 기동제어신호를 출력한다.
B6(I/O 입력) : 디밍모드 선택부(42)와 연결되고, 디밍의 자동조절과 수동조절을 선택하기 위한 입력 단자이다.
B7(I/O 출력) : 온도검출부(34)와 연결되고, 안정기가 과열되었을 때 이를 보호하기 위해 과열검출부의 검출신호를 입력하는 입력단자이다.
0SC1, 0SC2 : 클럭발생부(46)와 연결되고, 동작 클럭을 입력하는 단자들이다.
기동 정지부(30)는 저항(R7), 트랜지스터(Q8)로 구성된다. 기동회로부(24)와 단자 f 및 저항(R7)을 통하여 트랜지스터(Q8)의 콜렉터가 연결된다. 트랜지스터(Q8)의 에미터는 접지에 연결되고 베이스는 마이크로프로세서(U4)의 BO단자에 연결된다. 고압 방전등이 점등되었거나 각종 보호회로가 동작하여 고압발생을 중지시켜야 할 경우 기동회로부(24)의 스위칭 소자(Q1)의 게이트 신호레벨을 접지 레벨로 끌어내려 고압발생을 차단한다.
점소등 검출부(32)는 저항(R13,R15,R18), 정류용 다이오드(D11), 배리스터(VR5), 캐패시터(C8,C10), 스위칭 트랜지스터(Q9)로 구성되며, 고주파 트랜스포머(T2)의 2차 제 2 권선(T2/3)의 단자 d에 연결되고, 마이크로프로세서(U4)의 B1 단자에 연결된다. 마이크로 프로세서(U4)는 점소등 검출신호가 동작전원 레벨일 때를 소등 상태로 인식을 하고 접지전압이며 점등상태로 인식한다. 방전등이 점등되면 트랜스포머(T2)의 2차 제 2 권선(T2/3)에 전압이 유기되어 저항(R13)에 의해 신호전압 레벨을 낮추고 기동시에 발생하는 노이즈 전압을 배리스터(VR5)로 흡수하고 다이오드(D11)로 정류하여 캐패시터(C8)로 평활 하여 스위칭 트랜지스터(Q9)를 ON시켜 마이크로프로세서(U4)의 B1 단자를 접지전압으로 만들어 방전등의 점소등을 인식한다.
온도검출부(34)는 동작전압(VCC)을 저항(R19, R21)으로 분압하고, 저항(R21)의 양단에 온도검출 스위치(T/S1)를 연결한다. 따라서, 설정된 과열 검출 온도 이하에서는 스위치(T/S1)가 온 상태로 유지되므로 검출전압은 접지레벨이나 과열검출온도 이상으로 제어장치의 온도가 상승하게 되면 스위치(T/S1)가 오프상태로 되므로 검출전압은 공급 전압레벨로 올라간다.
전압레벨 검출부(36)는 저항(R16)과 제너다이오드(ZD2)를 포함하고, 동작전압(VCC)을 제너 다이오드(ZD2)로 리미팅하여 소정 레벨의 기준전압을 마이크로프로세서(U4)에 제공한다.
조도검출부(38)는 저항(R24), 광센서(PD), 캐패시터(C16)로 구성된다. 주위의 조도가 변할 경우 마이크로프로세서(U4)의 A1 단자의 전위가 변하는데, 이 신호의 전압레벨에 따라 방전등을 ON, OFF 시키는 것은 물론 주위의 조도변화에 적응하여 상기 디밍조절부에서와 마찬가지 수법으로 마이크로프로세서의 프로그램에 따라 제 1 및 제 2 구동부(26, 28)의 주파수대를 변화시켜 디밍제어를 함으로서 주위의 조도에 따라 자동으로 디밍제어를 수행한다.
디밍조절부(40)는 가변저항(R22)으로 이루어지는데 이 저항을 변화시켜 마이크로프로세서(U4)의 A0 단자의 전위를 변화시키면 A/D컨버터에 입력되는 전압을 디지털 신호로 변환시켜서 이 신호의 전압레벨에 따라 마이크로 프로세서는 내장된 프로그램에 의해 변형된 백색 노이즈 변조된 주파수 묶음의 주파수대를 변화시킴으로써 디밍제어를 실현한다.
디밍은 정상동작시 일정 주파수대에서 정상 출력을 내 보내고 있을 때 현재의 변형된 백색 노이즈 변조된 주파수대에서 주파수대 전체를 높게 또는 낮게 이동시키면서 디밍을 실현 할 수 있다. 예를 들면 40-50KHz에 걸쳐서 이를 수개에서 수십개의 주파수로 나누어 변형된 백색 노이즈 변조된 주파수를 출력하고 이 주파수대를 45-50KHz로 이동시키면 디밍이 실현된다.
디밍모드 선택부(42)는 저항(R20), 캐패시터(C12), 스위치(SW)로 구성된다. 이는 디밍제어를 디밍조절부(52)에 의해 수동으로 디밍조절을 하는 경우와 조도검출부(54)에 의해서 자동으로 하는 경우를 선택한다.
스위칭 구동신호 출력부(44)는 저항(R12, R14) 및 발광 다이오드(ISD1, ISD2)를 포함하고, 마이크로프로세서(U4)의 B2, B3 단자로부터 제공되는 스위칭 구동신호를 광신호로 변환하고 변환된 광신호를 제 1 및 제 2 구동부(26, 28)에 제공한다.
클럭 발생부(46)는 수정발진기(X1), 캐패시터(C14, C15)로 구성되어 마이크로프로세서(U4)에서 필요로 하는 기준 클럭신호를 발생한다.
도 2A 및 2B는 마이크로프로세서(U4)의 B2, B3 단자로부터 출력되는 스위칭 구동신호의 구성을 나타낸다.
스위칭 구동신호는 변형된 백색 노이즈 변조(White Noise Modulation)된 출력으로, 수십 KHz에서 제 1 주파수를 출력한 후 수 마이크로초이내로 주기 폭을 증가 또는 감소시켜 제 2 주파수를 출력하고 그 다음 주파수는 또 수μs이내로 주기 폭을 증가 또는 감소시켜 출력하는데 이와 같은 주파수 변화회수는 수회에서 100회를 넘지 않는 것이 적당하다. 주파수를 증가시킬 경우는 증가시키는 방향으로만 변화시키고 감소시킬 경우는 감소시키는 방향으로만 변화시킨다.
즉 도 2에서와 같은 예에서 주기가 T1 < T2 < T3 < T4 - - - 로 길어지면 최대 주파수로부터 최소 주파수로 주파수가 감소하게 되고, 이와 같은 동작을 반복 순환함으로서 변형된 백색 노이즈 변조된 스위칭 구동신호가 발생되게 된다. 즉. 본 발명에서는 최대 주파수와 최소 주파수로 한정되는 일정 주파수대 내에서 하나의 주파수에서 다음 주파수로 변화시킬 때 같은 주파수, 다시 말하면 동일 주기를 가진 신호를 수회에서 수십회 되풀이하여 다음 주파수로 넘어가는 기법을 통해서고음의 가청소음을 없앨 수 있다.
또한, B2와 B3의 스위칭 구동신호는 한 주기 내에서 서로 위상이 180도로 어긋나 교대로 발생되며 두 신호의 교차되는 신호구간에서는 수 μs 이내의 데드타임을 갖는다.
도 3에는 도 2의 스위칭 구동신호에 의해 하프 브리지형 인버터를 통해 방전등에 인가되는 고주파 구동신호의 파형을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 주파수 묶음, 즉 소정 주파수 대에서 주파수 가변에 의해 방전등에 가해지는 고주파 구동신호는 주기적 특성을 가지게 된다.
도 4A 내지 도4C는 본 발명에 의한 마이크로프로세서를 이용한 전자식 안정기의 동작을 설명하기 위한 플로챠트를 나타낸다.
마이크로프로세서(U4)는 교류가 입력되어 동작전원이 공급되면 초기화를 통하여 각종 설정과 동작을 시작한다.
최초 S100, S102단계에서 임의의 문자로 램프 꺼짐 카운터 K를 설정하고 이 K에 일 예로 10을 설정한다. 이는 마이크로프로세서(U4)가 동작하고 있는 가운데 방전등이 꺼진 회수를 체크하는 것으로 방전등 불량으로 인한 꺼짐과 켜짐이 예를 든 회수만큼 - 여기서는 10회- 반복하면 S158 단계의 전원차단부(22)를 동작시킬 수 있도록 S100단계와 S102단계의 설정을 수행한다.
S104단계도 역시 안정기를 초기화하기 위한 모드로 기동전원부(2OA)가 작동될 수 있도록 마이크로프로세서의 B5 단자를 로우상태로 만들어 마이크로프로세서에 안정된 전원을 공급하고, 기동용 고압발생을 중지시키기 위하여 B0단자를 하이상태로 하고, 전원차단부(22)가 작동되지 않도록 B4 단자를 로우상태로 하고, B2, B3 단자의 스위칭 구동신호의 발생을 중지시키고 다음 단계로 넘어간다.
S106단계는 공급되는 전원이 불안정하여 일정 전압 이하일 때, 즉 저전압일 때, A3 단자는 기준전압으로 제너다이오드(ZD2)에 의한 전압을 공급받고, A2 단자는 마이크로프로세서(U4)의 동작 전압(VCC)을 아날로그 입력으로 공급받아 A/D 컨버터를 통해 신호변환을 한 후 이 두 신호를 비교하여 내부에 내장된 프로그램에 의해 마이크로프로세서를 동작시키기 위하여 공급되는 전압이 일정전압 이하가 되면 즉 저전압이면 S106 단계에서 S104단계로 돌아가 설정전압 이상이 공급 될 때까지 루프를 돌며 저전압이 아니면 다음 단계인 S108단계로 넘어간다.
S108단계는 과열인가 아닌가를 체크하는 것으로 B7 단자를 통하여 과열인지 아닌지 체크를 하여 과열이면 S104 단계의 루프를 돌아 전자식 안정기가 식을 때까지 기다리고 과열이 아니면 S110 단계로 넘어간다.
S110단계는 주변 조도를 구분하여 전자식 안정기를 끌 것인지 켤 것인지를 판단하기 위한 조도 검출 단계로, 아날로그 입력단자인 A1 단자로 빛의 양에 의해 전위가 변하는 아날로그 신호를 입력받아 밤과 낮을 구분하여 안정기를 끄고 켠다.
S112단계는 임의의 문자 N=1을 설정하는데 이는 안정기의 기동모드가 몇 번 동작했는가 하는 것을 카운트하기 위한 것이다.
S113단계는 고압 방전등을 기동하기 위한 기동모드 단계로 B0 단자를 로우상태로 하여 기동회로부가 동작하도록 하고 B2, B3 단자를 통해 인버터 회로를 동작시키기 위한 신호를 발생하는데 이는 돌입전류를 억제 또는 안정된 기동을 하기 위한 신호로 제공된다.
다음으로 S114단계는 마이크로프로세서에 공급되는 전원이 불안정하여 전압이 기준전압 이하일 경우 보호하기 위한 단계이고, S116단계는 과열보호모드이며 S118단계는 점등상태인지 아닌지를 판단하는 모드로 이 단계는 기동을 하기 위한 과정이다. 기동을 위한 단계에서 보호되는 모드는 무부하 보호, 기동 실패 보호, 순시 재점등 보호, 저전압 보호, 과열보호를 행한다.
이후 단계에서 보호되는 모드는 다음과 같다.
1. 저전압 보호
S114단계는 S106단계와 동일한 동작원리로 저전압 보호를 하며 A2 단자와, A3 단자의 제너다이오드에 의한 기준전압을 비교하여 마이크로프로세서에 공급되는 전압이 일정전압 이하이면 S104단계로 루프를 돌아 모든 출력을 중단시키고 정상이면 다음 단계로 넘어간다.
2. 과열보호
과열보호는 두단계에 걸쳐서 일어난다. 즉 기동시와 정상 점등시이다. 기동시 과열보호는 S116 단계에서 B7 단자를 통해 과열인지 아닌지 체크하여 과열이면 S104 S106 S108단계를 돌아 안정기가 냉각될 때까지 기다리고 과열이 아니면 다음 단계로 넘어간다. 정상 점등시에는 S127단계에서 과열을 체크하여 보호를 한다. 즉 B7 단자를 통해 과열인지 아닌지 체크하여 과열이면 전원 차단부를 작동시켜 안정기의 모든 동작을 중단하고 과열이 아니면 다음 단계로 넘어 간다.
3. 무부하 보호, 기동 실패 보호
이 보호는 S134 - S158 단계동안에 이루어진다. S134, S140, S144, S150단계는 기동모드가 예를 들면 5초 간격으로 동작과 중지를 행하는데 점등이 되지 않으면 이를 2회를 반복한다. 이 과정을 한번 수행할 때마다 N에 1이 더해져 S113단계의 루프로 돌아간다. 따라서 2회 모두 기동에 실패하면 N=3이 되어서 S113단계로 돌아간다. 이제 다시 루프를 돌아 S134단계, S136단계를 거쳐 S146단계에서 모든 출력을 중단하고 S152단계에서 예를 들면 3분을 지연시켜 방전등을 냉각시키고, 3분이 경과하면 N에 1을 더해 4로 만들고 다시 S113단계로 넘어가 기동모드를 작동시키고 S134, S136을 거쳐 S138단계로 넘어간다. S138단계에서 S142단계로 넘어가 30초동안 기동모드를 동작시킨다. 기동모드가 동작하는 동안 램프가 역시 켜지지 않을 경우 S148단계에서 다시 소등모드로 들어가 3분간 기다린다. 기동을 보장하기 위하여 위의 단계를 2회 반복한다. 그래도 램프가 점등되지 않으면 최종적으로 방전램프가 없거나 불량으로 판단하고 S113단계를 거쳐 S134, S136, S138단계를 경과한 후 S158단계의 전원차단모드인 B4 단자를 하이상태로 만들어 모든 동작을 중지한다. 이로서 무부하 보호 및 기동 실패 모드에서 안정기를 보호한다.
4. 순시 재점등 보호
이 보호는 상기 무부하 보호, 기동 실패 보호와 같은 루프를 통해서 이루어지나 한가지 다른 점은 방전등이 켜 있다가 전원 공급이 잠깐 중단되어 램프가 소등된 이후에 전원이 재투입되었을 때 부스터의 캐패시터(C13)에 전하가 충전되어 있는 것을 이용하는 것으로 이 캐패시터는 용량이 매우 커서 방전시간이 수 초 걸리기도 한다.
따라서, 이 전원은 전압안정 보조전원부(130)를 통해 디지털 제어부의 작동전원으로 공급되고 상용 교류전원(AC)이 중단되어도 마이크로프로세서는 계속 동작을 하고 있다. 이제 상용 교류 전원이 다시 공급되면 S134, S140,S144, S150단계에서 상기 무부하 보호모드와 마찬가지로 5초 간격으로 기동모드의 동작과 중지를 2회 시행하는데 고압 방전등은 가열되어 있으므로 점등되지 않는다. 따라서, 이 동작이 끝나면 N=3이 되어서 S113단계로 돌아가 S134단계에서 S136단계, S146 단계로 돌아 모든 출력을 중단하고 S152단계에서 3분을 지연시켜 방전등을 냉각시키고, 3분이 경과하면 N에 1을 더해 4로 만들고 다시 S113, S134, S136단계를 거쳐 S138단계로 넘어가 30초동안 기동모드를 동작시킨다.
방전램프가 역시 켜지지 않을 경우, S148단계에서 다시 소등모드로 들어가 기동신호를 중단하고 3분간 기다린다. 기동을 보장하기 위하여 위의 단계를 2회 반복한다. 그래도 램프가 점등되지 않으면, S158단계의 B4 단자를 하이상태로 만들어 모든 동작을 중지한다. 이로써 방전등을 수분간 소등 시켰다가 다시 켜는 수법으로 순시 재점등 보호를 한다.
5. 램프 불량으로 인한 점멸보호
이 보호는 S100, S102, S128, S130, S132단계에서 수행한다. 램프꺼짐 카운트 변수를 k로 설정하고(S100) 그 값을 예를 들면 10으로 설정하였다면 방전등이 외부전원의 차단 없이 소등되었다면 S128 단계에서 이를 체크하여 S130단계에서 램프 꺼짐 카운터에 1을 감하여 S132단계의 램프 꺼짐이 0에 이를 때까지 램프의 점등을 하고 램프 꺼짐 카운터가 0이 될 때, 다시 말하면 램프의 켜졌다 꺼짐이 10회에 달하면 이를 S158단계에서 전원차단부를 작동시켜 안정기의 동작을 중단시킨다. 이로써 램프의 불량으로 인한 꺼짐과 켜짐이 설정된 값만큼 되풀이하면 안정기를 끄는 보호이다.
다음은 마이크로프로세서에 의한 정상 점등시 제어되는 모드이다.
1. 정상 점등모드
마이크로프로세서는 도 2A 및 2B와 같은 파형을 발생시키는 것으로 변형된 백색 노이즈 변조된 파형을 출력한다. 정상 점등 모드시에 백색 노이즈 변조를 위해서는 여러 개의 파형을 만들어야 하는데 주기를 달리하는 파형의 개수는 수개에서 수십개 까지 변화하는 파형을 되풀이하여 발생시킨다. 이는 불꽃이 안정되기 위하여 와트 수에 따라 주파수와 파형의 개수를 정하여 선택한다. 주기를 달리하는 파형의 개수를 수 개에서 수십개에 걸쳐서 발생시킬 때 각각의 주기에 해당하는 파형에서 하나의 주파수를 수회에서 수십회 되풀이 반복하였다가 다음 주파수로 넘어가는 기법을 사용하여 가청소음을 없앤다.
도 5, 2A, 2B도를 참조하면, 먼저 S160단계에서 스위칭 구동신호 - 주기 T1의 주파수 f0 - 인 기준펄스를 발생하여 S162단계에서 주파수 가변변수 k값을 0으로 설정하고, S164단계에서 동일 주기 유지변수 n값을 0으로 설정한다. S166에서 k값이 0이므로 주기는 T1을 그대로 유지하고 S168단계에서 n이 20회 반복되었는가를 체크한다. S168단계에서 n이 20이상이 아니면 S170단계에서 n값을 1 증가시킨다. 이와 같은 방식으로 S166, S168, S170단계를 반복 순환하여 T1 주기를 가진 f0 주파수의 기준펄스를 20회 출력한다.
S168단계에서 동일 주파수의 동일 주기를 가진 펄스신호의 발생회수가 20회로 체크되면 S172단계에서 k값이 24이상인지를 체크한다. S172단계에서 k값이 24미만이면 S174단계에서 k값을 1증가시킨다.
이와 같은 방식으로 S166, S172, S174단계를 반복 순환하여 매회 주기를 △T 만큼 증가시키면서 주파수를 24회 변화시킴으로써 변형된 백색 노이즈 변조된 스위칭 구동신호를 발생한다.
S174단계에서 k값이 24 이상으로 체크되면 S160단계부터 전 단계를 반복 순환하게 된다.
여기서, k, n의 값 20 및 24는 하나의 실시예이고 방전등의 와트수에 따라서 수회부터 수십회 내에서 가변이 가능하다.
2. 디밍제어모드
디밍제어는 S122단계의 디밍전환 즉 B6 단자의 신호를 입력받아 하이신호이면 S124단계의 디밍제어로, 로우이면 주야 점멸제어로 넘어간다. 디밍제어모드로 설정되어 있으면 백색 노이즈 변조된 파형을 출력하는데 디밍제어를 하기 위해서는 이와 같은 파형의 주파수대를 이동해야 한다. 예를 들면 현재 30-40KHz 사이의 주파수대를 24분할하여 백색 노이즈 변조된 파형을 출력하여 최대출력이 발생되었다면 출력을 낮추기 위해서는 35-45KHz대에서 백색노이즈 변조된 파형을 발생시켜 주파수에 비례하여 최대 출력보다 낮은 출력을 얻어 디밍을 수행할 수 있다. 디밍을 위한 입력신호는 마이크로프로세서 A0 단자에서 아날로그 입력을 입력받아 이 전압에 따라 출력 주파수가 대응하도록 프로그램을 만들어 디밍을 실현한다.
3. 주·야간 점멸제어
이 제어는 아날로그 입력단자 A1 단자에 입력되는 전압의 설정치에 의해서 주·야간에 점멸제어를 한다. A1에 입력되는 전압의 크기는 주위의 조도에 따라 저항이 변하는 광소자에 의해 수행되는데 저항이 변하면 이에 따라 전압이 변화하는 것을 이용한다. 주변 조도에 의하여 점·소등되는 것과 램프가 불량하여 점·소등되는 것에 의한 오동작을 방지하기 위하여 S125단계의 K=10을 입력하여 K의 값을 초기화한다.
4. 주간 조도검출 디밍제어
이 제어는 상기 주·야간 점멸제어와 같은 입력을 사용한다. 즉, 주위조도에 따라 A1에 입력되는 전압의 크기가 변화하는 것에 의해 디밍의 각단계에 대응하도록 소프트웨어를 설계하여 주위의 밝기에 따라 자동으로 디밍제어를 실현하는 방법으로 주간 자동 디밍제어를 실현한다.
이상, 설명한 바와 같이 본 발명에서는 마이크로프로세서를 이용하여 디지털적으로 스위칭 구동신호를 발생하고, 안정기 동작 상태를 검출하여 그에 상응하는 안전모드를 수행함으로써 회로 구성이 간단하고 다양한 보호모드를 설계자가 자유롭게 설계할 수 있다.
본 발명에서는 고압방전등 - 그중에서도 특히 메탈 할라이드램프 - 의 방전특성인 불꽃의 출렁임(Fluctuation)과 공명에 의한 소음(Acoustic Resonance)을 제거하여 안정적으로 고압 방전등을 점등할 수 있다. 특히 단순 백색 노이즈 변조된파형에 의할 때 고음의 가청소음이 발생하나 본 발명은 파형 변조시 같은 주파수를 수회-수섭회 반복하는 기법으로 같은 주파수의 구동시간을 늘려 가청소음을 피한다. 백색 노이즈 변조 파형은 기존의 점등방법인 저주파수의 파형에 고주파수의 파형을 실어 변조된 방법으로 실현하는 구형파 방법이나 주파수 변화(Frequency shift)에 의한 방법보다도 안정되게 구동을 시킬 수 있어 램프의 특성이 제조회사별로 다양함에서 오는 문제점을 극복할 수 있어 모든 제조회사의 방전등에도 안정되게 램프를 구동할 수 있는 특징이 있다.
본 발명은 하프브리지 인버터 회로에서 무부하시에 파형의 쉬프트로 과열되는 것을 막고 부하시에 파형이 쉬프트 되어 스위칭소자(Q2,Q3)의 열 발생이 균형을 이루도록 한다.
본 발명은 이밖에도 디밍제어와, 주야간의 자동 점·소등 제어 및 주간 외부의 조도검출에 의한 자동 디밍제어를 실현할 수 있고 돌입전류 억제와 안정된 기동을 실현할 수 있으며 또한 과열보호, 무부하 보호, 저 전압 보호, 점등 실패 보호, 순시 재점등 보호, 램프 불량으로 인한 점멸보호등으로 시스템의 보호대책을 강구함으로써 전력절감에 기여하고 방전등 및 안정기의 수명을 연장시키며 무게를 기존의 자기식 안정기에 비해 현격히 줄일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (21)

  1. 상용교류를 입력하여 승압된 직류전압을 출력하는 전원회로부;
    한 쌍의 스위칭 구동신호들에 응답하여 상기 승압된 직류전압을 스위칭하여 고압 방전등을 구동하기 위한 하프 브리지형 인버터; 및
    서로 온타임 기간 사이에 소정의 데드타임을 갖고 180도 위상차를 가진 한 쌍의 스위칭 구동신호들을 소정 시간 간격으로 주파수가 소정 대역내에서 단계적으로 가변되는 것이 순환되도록 생성하여 상기 하프 브리지 인버터에 제공하는 디지털 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식안정기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소정 시간 간격은 같은 주기를 갖는 주파수가 수 내지 수십번 반복되는 시간 간격이고, 상기 가변되는 단계는 수 내지 수십 단계인 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 주파수를 단계적으로 가변하기 위하여 상기 소정 시간 간격으로 스위칭 구동신호의 주기를 가변하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 디밍 설정값에 응답하여 상기 대역을 이동하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  5. 소정 주파수를 가진 스위칭 구동신호를 k번 반복하여 발생하는 단계;
    상기 소정 주파수를 가진 스위칭 구동신호의 주기를 변경하는 단계;
    상기 발생 및 변경단계를 n회 수행하는 단계;
    상기 단계들을 순차적으로 반복하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등 구동방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 소정 주파수는 수십 내지 수백 kHz 범위내이고 변수 k 및 n은 수 내지 수십인 것을 특징으로 하는 고압 방전등 구동방법.
  7. 상용교류를 입력하여 직류전압을 발생하는 AC-DC 변환기;
    상기 직류전압을 승압하여 승압된 직류전압을 발생하는 부스터;
    상기 부스터에 결합되고, 기동시에는 상기 승압된 직류전압으로부터 동작전압을 발생하고 정상 동작시에는 안정화된 동작전압을 발생하는 보조전원부;
    한 쌍의 스위칭 구동신호들에 응답하여 상기 승압된 직류전압을 스위칭하여 고압 방전등을 구동하기 위한 하프 브리지형 인버터;
    상기 하프 브리지형 인버터에 결합되고, 기동 제어신호에 응답하여 상기 승압된 직류전압으로 상기 고압 방전등을 기동하기 위한 기동회로부; 및
    상기 보조전원부로부터 동작전압을 제공받고, 기동 후에는 상기 기동제어신호를 발생하여 상기 기동회로부를 디스에이블시키고, 정상 동작시에는 서로 온타임기간 사이에 소정의 데드타임을 갖고 180도 위상차를 가진 한 쌍의 스위칭 구동신호들을 소정 시간 간격으로 주파수가 소정 대역내에서 단계적으로 가변되는 것이 순환되도록 생성하여 상기 하프 브리지 인버터에 제공하는 디지털 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 보조전원부는
    상기 부스터와 유도 결합하여 제 1 전원전압을 출력하는 제 1 전원부;
    상기 부스터와 유도 결합하여 안정화된 제 2 전원전압을 출력하는 제 2 전원부;
    상기 디지털 제어부의 기동제어신호에 응답하여 기동 시에는 승압된 직류전압을 입력하고, 정상동작 시에는 상기 제 2 전원전압을 입력하여 상기 디지털 제어부를 구동하기 위한 동작전압을 출력하는 동작전원부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 보조전원부는
    상기 디지털 제어부의 전원차단 제어신호에 응답하여 상기 제 2 전원부와 상기 동작전원부의 동작을 디스에이블시키는 전원차단부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 동작전원부는
    상기 동작전압의 레벨이 기준전압의 레벨보다 높을 경우에는 동작전압의 출력을 차단하는 브라운 아웃회로부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 하프 브리지형 인버터는
    상기 승압된 직류전압과 접지사이에 직렬로 연결된 한 쌍의 결합 콘덴서들;
    상기 승압된 직류전압과 접지사이에 직렬로 연결된 한 쌍의 스위칭 트랜지스터들;
    상기 한 쌍의 결합 콘덴서들의 공통접점에 연결된 고압방전등과 상기 한 쌍의 스위칭 트랜지스터들의 공통접점 사이에 연결된 고주파 변압기;
    상기 출력측 고압방전등에 병렬로 연결되는 인덕터;
    상기 한 쌍의 결합 콘덴서들의 공통접점과 상기 한 쌍의 스위칭 트랜지스터의 공통 접점 사이에 연결된 캐패시터;
    상기 제 1 전원전압을 제공받고, 상기 디지털 제어부로부더 광결합으로 스위칭 구동신호를 입력하여 상기 한 쌍의 스위칭 트랜지스터 중 어느 하나를 구동하는 제 1 구동부; 및
    상기 제 2 전원전압을 제공받고, 상기 디지털 제어부로부터 광결합으로 스위칭 구동신호를 입력하여 상기 한 쌍의 스위칭 트랜지스터 중 다른 하나를 구동하는 제 2 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는
    상기 하프 브리지형 인버터와 유도 결합하여 상기 고압 방전등의 점소등을 검출하기 위한 점소등 검출부;
    주변 온도를 검출하기 위한 온도 검출부;
    상기 동작전압의 레벨이 소정 레벨 이상인가를 체크하는 전압레벨 검출부;
    주변 조도를 검출하기 위한 조도검출부;
    디밍조절을 위한 디밍조절부;
    자동 및 수동 디밍모드를 선택하기 위한 디밍모드 선택부;
    상기 점소등 검출, 온도검출, 레벨검출, 조도검출, 디밍조절, 모드선택에 응답하여 상기 한 쌍의 스위칭 구동신호, 기동 제어신호를 출력하는 마이크로 프로세서를 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는
    제공되는 동작전압의 레벨이 소정 레벨 이하이면 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는
    상기 고압 방전등의 기동이 성공되기 전까지는 상기 스위칭 구동신호를 돌입전류 억제 및 안정된 점등모드로 출력하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는
    상기 디밍 설정값에 응답하여 상기 스위칭 구동신호의 주파수대역을 이동하여 디밍 제어 하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는
    상기 조도검출에 응답하여 상기 고압 방전등의 점소등을 제어하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는
    상기 모드선택에 응답하여 수동시에는 설정된 디밍조절값에 의해 상기 고압 방전등을 디밍제어하고, 자동시에는 조도검출에 응답하여 상기 고압 방전등을 디밍제어하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는
    상기 점소등 검출에 응답하여 일정 시간동안 기동을 반복하여도 방전등이 기동되지 않을 경우에는 상기 보조전원부를 디스에이블시켜서 전원을 차단시키는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는
    상기 점소등 검출에 응답하여 순간 정전시에는 고압 방전등이 냉각되는 시간동안 지연된 후에 재점등하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  20. 제 12 항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는
    상기 점소등 검출에 응답하여 상기 고압 방전등이 정상적으로 점등된 후에 점소등 횟수가 소정 횟수 이상이면 상기 보조전원부를 디스에이블시켜서 전원을 차단시키는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
  21. 제 7 항에 있어서, 상기 하프 브리지 인버터로부터 발생된 고압이 상기 디지털 제어부에 인가되는 것을 차단하기 위하여 상기 승압된 직류전압의 접지라인과 상기 디지털 제어부에 제공되는 상기 동작전압의 접지라인 사이에 고압 차단수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고압 방전등용 전자식 안정기.
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