KR100345589B1 - 회로장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 램프를 포함하는 부하를 공급하는 회로 장치에 관한 것으로서, 전원 전압원으로의 연결을 위한 입력 단자와, 전원에 의해 공급된 AC 전압을 정류하는 입력 단자에 연결된 정류 수단과, 부하에 연결하는 출력 단자와, 정류 수단 및 출력 단자 사이에 연결되고 제 1 유도 수단, 제 1 단방향성 소자, 스위칭 소자가 제공되는 DC-DC 변환기와, 출력 단자에 연결된 제 1 커패시티브 수단이 제공되는 DC 전압을 발생시키는 수단을 구비한다. 본 발명에 따르면 출력 단자가 임피던스와 제 1 커패시티브 수단의 직렬 장치를 구비하는 회로 브랜치에 의해 상호 접속되며, 임피던스는 다른 단 방향성 소자로 션트된다. 따라서 회로 장치의 스위칭-온 직후 흐르는 유입 전류를 제한할 수 있다.

Description

회로장치{Circuit arrangement}
본 발명은 램프를 포함하는 부하에 전력을 공급하는 회로 장치에 관한 것으로서,
전원 전압원에 연결하기 위한 입력 단자와,
전원 전압원에 의해 공급된 AC 전압을 정류하기 위해 입력 단자에 연결된 정류 수단과,
부하에 연결하기 위한 출력 단자와,
정류 수단 및 출력 단자 사이에 연결되고 제 1 유도 수단, 제 1 단방향성 소자 및 스위칭 소자가 제공되는 DC-DC 변환기와,
출력 단자에 연결된 제 1 커패시티브 수단이 제공되는 DC 전압을 발생시키는 수단을 구비한다.
그러한 회로 장치는 유럽 특허 제 0323676 호에 공지되어 있다. 상기 특허에 기재된 스위칭 장치에서 출력 단자는 DC-AC 변환기에 연결되어 DC 전압으로부터 교류 전류를 발생시키며 그 전류는 램프에 공급하기 위해 사용될 수 있다. DC-DC변환기의 스위칭 소자는 램프가 동작하는 동안 차례로 고주파로 도통되고 비도통되면서 표시된다. 그 결과 DC 전압은 제 1 커패시티브 수단을 통해 나타나며 그 전압은 DC-AC 변환기에도 공급된다. 공지된 회로 장치는 램프, 특히 저압 수은 램프와 같은 방전 램프를 동작시키는데 매우 적합하다. 그러나 공지 회로 장치의 단점은 제 1 커패시티브 수단이 전원 전압이 비교적 높은 값인 순간에 회로장치가 스위치 온되면 비교적 강한 전류로 충전되는 것이다. 이하에서 유입(inrush) 전류라고 하는 이러한 비교적 강한 전류는 이 전류를 전달하는 제 1 커패시티브 수단의 수명과 다른 구성 요소들의 수명에 악영향을 미칠 수 있다. 전원이 안전 컷-아웃(cut-out)을 구비하면 비교적 높은 유입 전류로 인해 안전 컷- 아웃이 전원 전압을 인터럽트할 수 있다.
본 발명의 목적은 회로 장치의 스위칭 온 이후 즉시 제 1 커패시티브 수단을 충전하는 전류의 진폭을 제한할 수 있는 회로 장치를 제공하는 것에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면 서두에 기재한 바와 같은 회로 장치는 출력 단자가 임피던스와 제 1 커패시티브 수단의 직렬 장치를 구비하는 회로 브랜치에 의해 상호 접속되고 임피던스는 다른 단 방향성 소자로 션트되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 회로 장치가 스위치 온 될때 제 1 커패시티브 수단을 충전하는 전류는 다른 단방향성 소자의 역방향으로 흐르기 때문에 제 1 단방향성 소자는 전류를 전달하지 않는다. 상기 전류는 임피던스값이 적합하게 선택되는 바람직한값으로 한정될 수 있다. 그러므로 유입 전류를 비교적 약하게 할 수 있다. 이러한 비교적 약한 유입 전류는 이 유입 전류를 전달하는 제 1 커패시티브 수단과 회로 장치의 다른 구성요소의 수명에 있어서 바람직한 효과를 갖는다. 또한 비교적 약한 유입 전류는 전원의 일부를 형성하는 어떤 안전 컷-아웃이 전원 전압을 인터럽트하는 것을 방지한다. 전력이 제 1 커패시티브 수단으로부터 부하에 전달되면 이 전력을 공급하는 전류는 대체로 다른 단방향성 소자를 통해 흘러 비교적 적은 전력이 임피던스에서 손실된다. 정지해 있는 동안 AC 전압 주파수의 두배의 주파수로 주기적 충전 전류가 제 1 커패시티브 수단 및 임피던스를 통해 흘러 한정된 전력 손실이 임피던스에서 발생한다. 그러나 이러한 전력 손실은 AC 전압이 사인 곡선일 때 비교적 적으며 DC-DC 변환기의 스위칭 소자는 사인 곡선의 전류가 AC 전압과 일치하여 전원으로부터 취해지도록 제어된다.
회로 장치는 예를 들면 일본 특허 출원 제 59-191476호 및 제 63-107457호에 공지되어 있으며 그것은 임피던스 및 커패시티브 수단의 직렬 장치를 구비하는 제 1 회로에 의해 상호 접속되는 부하를 접속하는 출력 단자 및 정류 수단을 구비하며 반면에 임피던스는 단방향성 소자에 의해 션트된다. 그러나 이러한 회로 장치에서 DC-DC 변환기는 정류수단 및 출력 단자 사이에 연결되지 않으며 본 발명에 따른 회로 장치에서와 같다. 그러한 회로 장치에 사인곡선의 AC 전압이 제공되면 전류를 전원에서 취할 수 있어 거의 사인곡선의 형태로 되며 DC-DC 변환기의 스위칭 소자의 동작주기(duty cycle)를 조절함으로써 전원 전압과 일치하게된다.
정지 램프가 동작하는 동안 전류의 피크 형태는 임피던스의 비교적 높은 전력 손실을 초래하며 본 발명에 따른 회로 장치가 사용될 때 정지 램프 동작과는 대조적이다. 일본 특허 출원 제 59-191476호 및 제 63-107457호에 기재된 회로 장치는 본 발명에 따른 회로 장치보다 적은 효과로 전원에 의해 공급된 전력을 이용한다. 임피던스가 옴저항 또는 유도 소자를 구비하는 본 발명에 따른 회로 장치를 이용하여 좋은 결과가 이루어진다.
본 발명에 따른 회로 장치의 이로운 실시예는 DC-DC 변환기가 업-변환기를 구비하는 것을 특징으로 한다. 출력 단자 사이의 정지 램프가 동작하는 동안 DC 전압이 공급 전압 소스에 의해 공급된 AC 전압의 최대 진폭 보다 높으면 업-변환기는 DC-DC 변환기의 입력 전압을 형성하는 전파(full- wave)정류된 AC 전압 순시(instantaneous) 진폭의 전체 범위에 걸쳐 동작하여 DC-DC 변환기가 비교적 단순 구조가 될 수 있다. 스위칭 소자의 의무 주기의 조절을 통해 비교적 간단한 방법으로 전원으로부터 취해진 전류 또한 대략 사인 곡선이며 대략 AC 전압과 일치한다는 것을 알 수 있다. 그 결과 유리한 실시예는 고전력 팩터를 가지며 반면에 임피던스의 전력 손실은 정지 동작 동안 비교적 적다.
본 발명에 따른 회로 장치의 다른 유리한 실시예는 회로 장치가 DC-AC 변환기를 부가적으로 구비하며 출력 단자에 연결되고 다른 극성의 전류를 발생시킨다는 특징이 있다. 부하가 램프를 포함하므로 종종 이 부하에 다른 극성의 전류를 공급하는 것이 바람직하다. 이것을 예를 들면 방전 램프의 경우 램프 전극의 전기영동(cataphoresis) 또는 비동일 부하를 방지한다. 특히 다른 극성의 이러한 전류의 주파수가 비교적 높을 때 회로 브랜치가 부가적으로 다른 인덕티브 수단을 구비하면 유리하고 회로 장치가 회로 브랜치를 션트하는 다른 커패시티브 수단을 구비한다. 이러한 다른 인덕티브 수단 및 다른 커패시티브 수단은 임피던스와 다른 극성의 전류에 의한 제 1 커패시티브 수단에서 손실된 전력량이 비교적 적은 양으로 한정되는 필터를 함께 형성한다. 임피던스가 인덕티브 소자를 구비하면 이 인덕티브 소자를 다른 인덕티브 소자로서 하나의 구성요소로 통합할 수 있다. 임피던스가 옴저항을 포함하면 다른 인덕티브 수단으로서 이 옴저항을 하나의 구성요소로 통합하는 것이 가능하다. 이러한 통합은 공심 코일이며(결과적으로) 비교적 많이 감은 코일로 실현될 수 있다. 많이 감았기 때문에 그러한 코일은 어떤 자기 인덕턴스에 부가되어 비교적 높은 옴저항을 갖는다.
본 발명에 따른 회로 장치의 다른 유리한 실시예는 임피던스가 스위칭 소자로 션트된다는 것에 특징이 있다. 유입 전류가 제 1 커패시티브 수단을 충전한 후 스위칭 소자를 도통시킴으로써 대체로 제 1 커패시티브 수단의 충전 전류가 주로 스위칭 소자를 통해 흐르기 때문에 점지 램프가 동작하는 동안 임피던스에서는 대체로 전력이 손실되지는 않는다.
본 발명의 실시예는 다음과 같은 도면과 관련하여 더욱 상세히 설명된다.
제 1 내지 제 3 도는 본 발명에 따른 회로 장치의 실시예를 도시하는 도면.
제 4 도는 DC-AC 변환기로 구성되는 부하에 연결된 본 발명에 따른 회로 장치와 위의 변환기에 연결된 램프의 실시예를 도시하는 도면.
제 1 도에 K1 및 K2는 전원에 연결하기 위한 입력 단자를 형성한다. I는 전원으로 공급된 AC 전압을 정류하는 입력 단자에 연결된 정류 수단이다. 정류 수단 I의 출력 단자는 DC-DC 변환기(Ⅱ) 각각의 입력 단자에 접속된다. DC-DC 변환기의 구조는 제 1 도에는 도시되어 있지 않다. DC-DC 변환기는 스위칭 소자. 제 1 인덕티브 수단. 제 1 단방향성 소자를 구비한다. DC-DC 변환기(Ⅱ)의 출력 단자 K3 와 K4는 부하에 접속하기 위한 DC 전압 발생 수단의 출력 단자를 형성하며 이러한 실시예에서 임피던스와 제 1 커패시티브 수단 각각을 형성하는 저항 R1과 커패시터C1의 직열 장치에 의해 상호 접속된다. 저항 R1은 이러한 실시예에서 다른 단방향성 소자를 형성하는 다이오드 D5에 의해 션트된다. 저항 R1과 커패시터 C1은 이러한 실시예에서 회로 브랜치를 형성한다.
제 1 도에 도시된 회로의 동작은 다음과 같다. 단자 K1과 K2가 AC 전압을 전달하는 전원 전압원에 접속될 때 AC 전압은 회로 장치의 정지 동작 동안 정류 수단 I 으로 정류된다. 정류된 AC 전압은 DC-DC 변환기에 의해 AC 전압의 두 배의 주파수와 동일한 주파수로 수퍼임포즈된 주기적 전압의 대체로 일정한 DC 전압으로 이루어지는 출력 DC 전압으로 변환된다. 이러한 주기적 전압은 저항 R1을 통한 커패시터 C1의 충전과 다이오드 D5를 통한 커패시터 C1의 방전을 교체함으로써 야기된다. 부하는 커패시터 C1 의 방전 전류가 공급된다. 그러나, 입력 단자 K1과 K2를 전원에 접속한 후 즉시 아예 없거나 또는 비교적 낮은 전압이 커패시터 C1에 존재하여 비교적 강한 전류가 전원으로부터 취해져 출력 DC 전압이 도달할 때까지 커패시터 C1을 충전한다. 비교적 강한 전류의 진폭은 이러한 강한 전류가 저항 R1을 통해 흐르기 때문에 한정된다. 이러한 제한은 비교적 강한 전류가 회로 장치의 구성 요소의 수명에 해로운 영향을 끼치지 않는 수준까지 이루어진다. 그 제한으로 또한 전원의 일부를 형성하는 안전 컷-아웃이 전원 전압을 인터럽트하지 않는다. 제 2 도에서 제 1 도에 사용된 것과 같은 참조 부호를 갖는 구성요소는 제 1 도의 대응하는 구성 구성요소와 동일하다. 다이오드 D1, D2, D3, D4는 이러한 실시예에서 입력 단자에 연결된 정류 수단을 형성하는 다이오드 브리지를 형성한다. 제어 신호 발생기 Ⅲ, 스위칭 소자S1, 다이오드 D6, 코일 L1은 함께 업-변환기 타입의 DC-DC변환기를 형성하며 정류 수단과 출력 단자 사이에 접속된다. 다이오드 D6 와 코일 L1은 단방향성 소자와 제 1 인덕티브 수단 각각을 형성한다.
제 2 도에 도시된 실시예의 정지 동작 동안 제어 신호 발생기는 스위칭 소자 S1이 도통 및 비도통되게 하는 고주파 제어 신호를 발생시킨다. 이것은 동시에 고정 램프의 동작중 임피던스에서 손실된 전력이 비교적 적도록 한다. 출력 AC 전압의 평균값 또한 제어 신호의 의무 주기를 통해 제어한다. 이러한 두 제어 기능을 구체화 하는데 필요한 회로 구성요소는 제 2 도에 도시되지 않는다.
제 3 도에 도시된 회로 장치는 제 2 도에 도시된 회로 장치의 일부 또한 형성하는 것에 대응하는 회로 구성 요소 외에도 저항 R1을 션트하는 스위칭 소자 S2를 구비한다. 회로 장치는 또한 스위칭소자 S2의 제어 전극에 연결된 제어 회로 Ⅳ를 구비한다. 제어 회로 Ⅳ의 입력부는 커패시터 C1과 저항 R1의 공통 접점에 연결된다. 이 커플링은 제 3 도의 점선으로 표시된다. 입력 단자 K1과 K2가 전원에 연결된 후 즉시 스위칭 소자 S2는 비도통되고 따라서 커패시터 C1에 충전된 비교적 강한 전류를 도통시키지 않는다. 일단 커패시터 C1은 커패시터 C1의 충전 전류가 비교적 작은 진폭만 갖는 전압 수준까지 충전되면 제어 회로 Ⅳ는 스위칭 소자 S2를 도통하게 하여 커패시터 C1의 정지 동작중 주로 스위칭 소자 S2를 통해 충전되며 이로써 정지 동작 중 저항 R1의 전력 손실이 방지된다. 제 3 도에 도시된 회로 장치의 동작은 모든 다른 점에서 제 2 도에 도시된 회로 장치의 동작에 대응한다.
제 4 도에 도시된 회로 장치는 코일 L2가 저항 R1과 함께 직렬로 포함된다는 점에서 제 2 도에 도시된 회로 장치와 다르다. 출력 단자 K3와 K4는 부가적으로 커패시터 C2를 통해 상호 접속된다. 이러한 실시예에서 커패시터 C2는 다른 커패시티브 수단을 형성한다. 출력 단자 K3와 K4는 DC-AC 변환기 Ⅲ의 각각의 입력부에 접속된다. 램프 La는 DC-AC 변환기 Ⅲ의 출력 단자에 접속된다.
다른 도면에 도시된 회로 장치의 경우에서와 같이 커패시터 C1에 충전되는 전류 전원에 입력 단자 K1과K2를 접속한 이후 즉시 저항 R1에 의해 제한된다. DC-AC 변환기에 의한 고주파 전류의 발생으로 정지 램프 동작동안 고주파 전압 구성요소가 커패시터 C1과 저항 R1에 존재할 이러한 고주파 전압 구성요소는 커패시터 C1과 저항 R1에서 다른 전력 손실을 일으킨다. 그러나 코일 L2와 커패시터 C2는 고주파 필터로서 동작하여 이러한 전압 구성 요소로 야기된 전력 손실처럼 고주파 전압 구성요소의 진폭이 비교적 작다.
제 4 도에 도시된 회로 장치의 구체적 실시예에서, 100W의 전력비를 갖는 방전 램프가 대략 45kHz의 주파수를 갖는 고주파 전류에 의해 동작되며 커패시터 C1의 커패시턴스는 22μF이다. R1의 저항값은 대략 20옴이며, 코일 L2의 자기 인덕턴스는 400μH이고, 커패시터 C2의 커패시턴스는 180nF이다. 회로 장치에는 230V의 효율값을 갖는 사인곡선 AC전압이 공급된다. 업-변환기의 스위칭 소자의 듀티 사이클은 전파 정류 AC 전압의 순시 진폭에 비례한다. 유입 전류는 저항 R1에 의해 만족스럽게 제한되는 것을 알았다. 또한 고정 램프 동작 중 저항에서 소모된 전력은 대략 0.34W이다. 저항 R1, 커패시터 C1, 다이오드 D5가 다이오드 브리지의 출력부에 직접 접속되고, 코일 L2와 커패시터 L2를 포함하는 필터가 제거될 경우 고정 램프 동작 중 저항에서 소모되는 전력은 대략 1.95W인 것을 알았다.

Claims (8)

  1. 램프를 포함하는 부하에 전력을 공급하기 위한 회로장치로서,
    전원 전압원에 접속하기 위한 입력 단자와,
    상기 전원 전압원에 의해 공급된 AC 전압을 정류하기 위해 상기 입력 단자에 연결된 정류수단과,
    상기 부하에 접속하기 위한 출력 수단과,
    상기 정류 수단 및 상기 출력 단자 사이에 접속되고 제 1 인덕티브 수단, 제 1 단방향성 소자 및 스위칭 소자가 제공된 DC-DC 변환기와,
    상기 출력 단자에 연결된 제 1 커패시티브 수단이 제공되는 DC 전압 발생 수단을 구비하는 회로장치에 있어서,
    상기 출력 단자는 임피던스와 상기 제 1 커패시티브 수단의 직렬 장치를 포함하는 회로 브랜치로 상호 접속되며, 상기 임피던스는 다른 단방향성 소자로 션트되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스는 옴 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스는 인덕티브 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC-DC 변환기는 업-변환기(up-converter)를 구비하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로 장치는 교류 전류를 발생시키기 위해 상기 출력 단자에 연결된 DC-AC 변환기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 회로 브랜치는 추가의 인덕티브 수단을 더 구비하며, 상기 회로 장치는 상기 회로 브랜치를 션트하는 추가의 커패시티브 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 임피던스와 추가의 인덕티브 수단은 하나의 구성요소로 통합되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임피던스는 스위칭 소자로 션트되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
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