KR100373984B1

KR100373984B1 - 프리와트형 형광램프용 전자식안정기

Info

Publication number: KR100373984B1
Application number: KR10-1999-0066436A
Authority: KR
Inventors: 김종오; 박상삼
Original assignee: 대한민국
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2003-02-26
Also published as: KR20000017945A

Abstract

본 발명은 여러 가지 사양의 형광램프에 대해서 안전한 점등과 방전을 유지할 수 있도록 된 프리와트(Free Wattage)형 형광램프용 전자식 안정기에 관한 것으로서 보다 상세하게는 전압 변환부를 승, 강압변환기(Buck-Boost Converter)를 사용하여 램프에 인가되는 직류전압을 적절하게 조절하는 기능을 활용하여 관전압, 관전력 및 관전류 등의 특성이 다른 형광램프일지라도 관전압을 조절함으로서 관전류와 관전력을 램프특성에 적합하도록 제어할 수 있도록 이루어진 프리와트형 형광램프용 전자식안정기에 관한 것이다.

본 발명은 형광램프의 종류별로 관 전압과 관 전력 및 관 전류가 다른 형광램프이더라도 안전한 점등과 방전을 유지할 수 있도록 램프 전압을 조절하여 공진 부하의 전류 파형을 개선하므로 스위칭 손실을 줄여주고, 노후 되거나 또는 조명 효율을 향상시키고자 안정기를 교체할 때 등 램프와 안정기 사양이 다를 경우에도 램프의 소손을 막고, 자원의 낭비 및 환경오염의 요인을 없애기 위한 프리와트형 형광램프용 전자식 안정기를 제공하며, 생산자 측에서도 램프 종류별로 여러 가지 안정기들을 만들어야 하는 폐단을 없애고 범용적으로 램프를 수용하도록 안정기를 일원화 할 수 있어 원가절감과 성능개선에 기여할 수 있는 프리와트형 형광램프용 전자식안정기를 제공하고자,

상용교류 전압을 인가 받아 직류전압으로 변환하는 정류부(20)와, 형광램프의 전압과 전류를 검출하는 검출부에 따라 마이크로프로세서로 형광램프를 인식하여 제어신호를 발생하는 마이크로프로세서 제어부(80)와, 상기 제어신호에 의해 형광램프 종류별로 승압이나 강합하여 적합한 제어 직류전압을 만들어 주기 위한 전압변환부(30)와, 상기 제어직류전압을 인가 받아 형광램프가 연결된 공진 부하에 고주파의 교류전압으로 변환하여 인가하기 위한 하프 브릿지 인버터부(40)와, 형광램프와 병렬로 연결된 필라멘트 예열 커패시터와 직렬로 연결된 쵸크코일과, 커패시터로서 구성된 공진부하부(50)와, 형광램프의 전압과 전류를 검출하는 램프 전압, 전류 검출부(70)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

프리와트형 형광램프용 전자식안정기{Free Wattage Electronic Ballast for Fluoresent Lamp}

본 발명은 여러 가지 사양의 형광램프에 대해서 안전한 점등과 방전을 유지할 수 있도록 고안한 프리와트(Free Wattage)형 형광램프용 전자식 안정기에 관한 것으로서 보다 상세하게는 전압 변환부를 승, 강압변환기(Buck-Boost Converter)를 사용하여 램프에 인가되는 직류전압을 적절하게 조절하는 기능을 활용하여 관전압, 관전력 및 관전류 등 특성이 다른 형광램프일지라도 관전압을 조절함으로서 관전류와 관전력을 램프특성에 적합하도록 제어할 수 있도록 이루어진 프리와트형 형광램프용 전자식안정기에 관한 것이다.

종래 형광램프용 전자식 안정기의 전압 변환부는 주로 승압 변환기(Boost Converter)를 사용하고 있다.

상기 종래 방식은 램프에 인가되는 전압을 조절하는 기능이 없으므로 안정기에 적합한 램프가 아니면 점등과 안정된 방전상에서 제 성능을 발휘할 수 없다.

종래의 기술은 도 4내지 도 5에 도시한 바와 같이 역률 제어회로(PFC), 하프브릿지 인버터와 공진부하로 이루어져 있다.

상기 역율 제어회로는 승압 변환기로 구성되어 있으며, 220V의 상용전원이 입력되면 평활 커패시터(7) 양단의 직류 출력전압이 400V 이상이 되어야 역율 제어회로가 정상작동이 될 수 있는 회로이다.

상기 400V의 직류 출력 전압을 하프브릿지 인버터에 인가하여 고주파수의 교류전압으로 변환하여 공진 부하에 인가하면 형광램프의 특성상 완전한 공진특성을 이용할 수 없다.

따라서 하프브릿지 인버터에 영 전류 스위칭(Z. V. S)과 영 전압 스위칭(Z. C. S)이 불가능하여 스위칭 손실이 크다.

본 발명의 상술한 바와 같은 종래의 기술이 갖는 제반 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서 다음과 같은 목적을 갖는다.

본 발명은 형광램프의 종류별로 관 전압과 관 전력 및 관 전류가 다른 형광램프이더라도 안전한 점등과 방전을 유지할 수 있도록 램프전압을 조절하며, 공진 부하의 전류파형을 개선하므로 스위칭 손실을 줄여 전자식안정기를 고 효율화한 프리와트형 형광램프용 전자식안정기를 제공하는 것이다.

본 발명은 형광램프의 종류가 다양해짐에 따라 안정기의 종류도 램프 종류만큼이나 다양하여 일반 사용자들이 적합치 못한 램프를 구입할 때를 대비하여 다양한 형광램프를 사용할 수 있도록 하여 사용자 편의성을 높이는 프리와트형 형광램프용 전자식안정기를 제공하는 것이다.

본 발명은 노후 되거나 또는 조명 효율을 향상시키고자 안정기를 교체할 때 램프와 안정기 사양이 다를 경우에도 램프의 소손을 막고, 자원의 낭비 및 환경오염의 요인을 없애기 위한 프리와트형 형광램프용 전자식 안정기를 제공하는 것이다.

본 발명은 생산자 측에서도 램프 종류별로 여러 가지 안정기들을 만들어야 하는 폐단을 없애고 범용적으로 램프를 수용하도록 안정기를 일원화 할 수 있어 원가절감과 성능개선에 기여할 수 있는 프리와트형 형광램프용 전자식안정기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 이루어지는 본 발명은 상용교류 전압을 인가 받아 직류전압으로 변환하는 정류부와, 형광램프의 전압과 전류를 검출하는 검출부에 따라 마이크로프로세서로 형광램프를 인식하여 제어신호를 발생하는 제어부와, 상기 제어신호에 의해 형광램프 종류별로 승압이나 강압하여 적합한 제어 직류전압을 만들어 주기 위한 전압변환부와, 상기 제어직류전압을 인가 받아 형광램프가 연결된 공진 부하에 고주파의 교류전압으로 변환하여 인가하기 위한 하프 브릿지 인버터부와, 형광램프와 병렬로 연결된 필라멘트 예열 커패시터와 직렬로 연결된 쵸크코일과, 커패시터로서 구성된 공진부하부와, 형광램프의 전압과 전류를 검출하는 검출부를 포함하여 이루어지는 것에 의한다.

도 1 은 본 발명에 의한 프리와트형 형광램프용 전자식안정기 블록도 구성도.

도 2 는 본 발명에 의한 프리와트형 형광램프용 전자식안정기 회로도.

도 3 은 도 2의 주요 부분에 대한 파형도이다.

도 4 는 종래 형광램프용 전자식안정기 블록도 구성도.

도 5 는 종래 형광램프용 전자식안정기 회로도.

도 6 은 도 5의 주요 부분에 대한 파형도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 노이즈필터 2 : 브리지 정류다이오드

3 : 인덕터 4 : FET

5 : 다이오드 6 : 역율제어 및 전압변환구동부

7 : 평활 커패시터 8 : 하프브릿지 제어구동부

9 : 하프브릿지인버터 10 : 공진회로부 쵸우크코일

11 : 공진회로부 커패시터 12 : 음극예열 커패시터

13 : 램프전류 검출부 14 : 램프전압 검출부

15 : 1차측 어어스 16 : 2차측 어어스

17 : 마이크로프로세서 제어부 18 : 제어직류전압 검출

이하 본 발명의 기술 사상을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보기로 한다.

본 발명은 도 1의 블록 구성도에서와 같이 상용교류 전압이 입력되어 입력측 필터(10)를 통과하여 정류부(20)에 의해 전파 정류된 후 승압 또는 강압이 가능하도록 이루어진 전압변환부(30)로 입력하여 이룬다.

상기 전압변환부(30)에서 제어된 직류전압은 하프브릿지 인버터부(40)에 입력시켜 고 주파수의 교류전력으로 변환시킨 후 형광램프(60)와 직렬공진 회로로 구성된 공진부하부(50)에 인가되도록 이룬다.

상기 형광램프에 인가되는 램프전류와 전압을 검출하는 램프 전압과 전류 검출부(70)를 형성하고 이 검출 출력을 마이크로프로세서 제어부(80)에 인가하여 마이크로 프로세서가 검출 전압과 전류에 기초하여 램프를 인식하고, 인식된 램프에 따라 목표전압을 설정하며, 목표전압과 제어직류전압과 비교함으로서 오차 전압신호를 만들어, 오차 전압신호를 상기 전압 변환부(30) 입력 연결하여 PWM스위칭 신호를 조절하여 출력을 변화시키고, 출력되는 제어직류전압 다시 되먹임(Feed -Back)하여 장착램프에 적합한 제어직류전압으로 추종되도록 폐 루프를 구성하여 이루는 것이다.

이에 따라서 관전압 관전류 사양이 다른 형광램프 종류마다 공진전류의 파형을 완전한 정현파로 구현하는 것이 가능해지므로 램프의 혼용을 가능하게 하는 것이다.

따라서 인식된 램프에 따라 적합한 제어직류전압으로 하여 인가함으로서 램프의 종류마다 공진부하 전류를 조절할 수 있으므로 프리와트의 전자식 안정기를 구현하였으며, 하프브릿지 인버터에 영전류 스위칭(Z.C.S)과 영전압 스위칭(Z.V.S)이 가능함으로 안정기의 효율이 향상된다.

상기와 같은 전압 변환부에 의하면 종래 전자식안정기에 구성된 전압변환부는 단지 역율개선을 목적으로 승압변환기를 사용하였으나, 본 발명에서는 역율개선과 전압제어를 위하여 승.강압 변환기를 적용하고 있는 기술적 차이가 있다.

상기 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.

도 2의 회로도와 같이 상용교류전압 입력 측에 노이즈필터(1)를 통하여 브릿지 다이오드로 이루어지는 정류부(2)에 의해 전파 정류한 후 승.강압 변환기로 입력되도록 이룬다.

제어직류전압을 공급하기 위한 전압변환부(30)는 인덕터(3)와 다이오드(5) 및 역률제어 및 전압변환 구동부(6)와 출력 FET(4)로 이루어 승.강압 변환기 회로를 구성한다.

상기 승.강압 변환회로는 종래 승압 변환기와 달리 1차측과 2차측 어스를 분리하였고 (15)를 2차측 어스로 형성한다. 이는 이미 결정된 공진회로의 공진 주파수와 일치되는 스위칭 주파수를 발생시키도록 하는 것으로, 소프트스타트 시에만 시동 주파수가 별도로 제어되는 오픈루프(OPEN LOOP) 제어방식을 채택하여 이룬다.

상기 정류부(2)의 브릿지 다이오드에 의해 전파 정류된 전압은 출력 FET(4)의 PWM 스위칭에 의해서 평활 커패시터(7)에 저장되도록 하였다. 즉 상기 출력 FET(4)가 ON일 때는 인덕터(3)에 에너지를 저장하고, 출력 FET(4)가 OFF일 때는 인덕터(3)에 저장된 에너지가 다이오드(5)를 통하여 평활 커패시터(7)에 충전되도록 하였다.

따라서 평활 커패시터(7)의 양단 전압이 PWM 스위칭에 의해 제어된 직류전압이 되도록 이룬다. 그리하여 순수하게 인덕터(3)에 저장된 에너지만을 이용하고, 1차측과 2차측 어어스를 분리함으로서 전압변환부에 이상이 발생하더라도 하프브릿지 인버터와 공진부하부에 영향이 없도록 안전성을 향상시켰다.

마이크로프로세서 제어부(80)는 램프전류와 램프전압 검출부(70)로부터 램프전류와 전압을 검출하여 적절하게 전압분할기로 낮춘 다음 마이크로프로세서의 내부 아날로그/디지탈 컨버터로 입력되고, 디지털 데이터로 각각 변환한다.

디지털 데이터로 변환된 램프전류와 전압은 마이크로프로세서의 내부기억장치에 미리 저장된 여러 종류별 형광램프 데이터베이스와 비교하여 아날로그의 목표전압을 결정한다.

상기 결정된 목표전압은 다이오드(5)를 통하여 출력되는 직류전압과 비교하여 전압제어신호(오차신호)를 전압변환 구동부(6)에 입력되도록 구성한다.

상기 전압변환 구동부(6)는 전압제어신호를 받아서 PWM 신호를 발생하여 출력 FET(4)를 구동하도록 이룬다.

따라서 상기 마이크로프로세서 제어부(80)는 검출된 램프전류, 전압신호로서 기준신호를 만들고, 이 기준신호와 제어직류전압을 비교하여 전압제어신호(오차신호)를 만들고, 상기 오차신호는 출력 FET(4)를 PWM 스위칭하기 위한 전압제어신호가 됨으로서 원하는 제어직류전압이 되도록 폐 루프가 형성되도록 이루어진다.

상기 전압 변환부(30)의 제어직류전압은 두 개의 FET(9)와 하프 브릿지 제어 구동부(8)를 포함하여 이루어지는 하프브릿지 인버터(40)에 인가되고, 하프브릿지 인버터(40)는 이 전압을 고주파수의 교류로 변환한다. 상기 하프브릿지 제어 구동부(8)는 자체 발진기능으로 공진 부하부(50)의 회로공진 주파수와 동일하게 구동주파수를 발생시킨다.

또한 상기 마이크로프로세서 제어부(80)의 주파수 제어신호는 하프브릿지 인버터(40)에 입력되어 두 개의 FET(4)를 통하여 하프브릿지 제어구동부의 출력신호에 의해 교번으로 스위칭 되며, 고주파수의 스위칭전압은 공진부하부(50)로 인가되도록 이룬다.

상기 공진부하부(50)는 쵸우크코일(10) 및 형광램프(60), 커패시터(11)로서 직렬공진회로를 구성한다. 그리고 음극예열 커패시터(12)는 형광램프(60)와 병렬로 연결되어 음극필라멘트에 전류를 흘려 시동과 방전특성을 원활하게 하는 작용을 한다.

직렬 공진회로는 고유진동주파수(f₀)를 갖고 있다. 하프브릿지 인버터의 스위칭주파수(fs)가 직렬공진회로의 고유진동주파수(f₀)와 같을 때 영전류 스위칭 (Z.C.S)과 영전압 스위칭(Z.V.S)을 구현할 수 있으므로 램프전류의 파형이 정현파가 되며, 스위칭 손실이 최소가 되어 전체 안정기의 효율이 향상된다. 그리고 램프의 종류마다 램프전류 사양이 다르므로 전압 변환부에서 공진회로의 전류를 램프사양에 적합하게 조절할 수 있도록 작용한다.

한편 램프전류 검출부(13)로서 여러 가지의 방안이 있지만 공진부하부(50)의 쵸우크 코일(10) 양단의 전압으로 램프전류를 검출하도록 구성하였다. 또한 램프전압 검출부(14)는 공진부하부(50)의 형광램프(60) 양단의 전압으로서 검출하도록 구성하였다.

상기 검출부(13,14)는 포토커플러에 전류제한 저항을 직렬로 연결하여 동작범위의 사양으로 설정하고, 수광부인 포토트랜지스터의 컬렉터-이미터사이 전압을 0∼5V사이에서 동작하도록 설정하여 램프전압과 램프전류를 검출한다. 그리고 검출된 램프전압과 램프전류 신호는 마이크로 프로세서 제어부에 입력되어 램프를 인식하고, 전압제어신호에 의해 전압변환부에서는 장착램프에 적합한 제어직류전압으로 변환된다.

따라서 인식된 램프에 따라 적합한 제어직류전압으로 하여 인가함으로서 램프의 종류마다 공진부하 전류를 조절할 수 있으므로 프리와트의 전자식 안정기를 구현할 수 있으며, 하프브릿지 인버터에 영전류 스위칭(Z.C.S)과 영전압 스위칭 (Z.V.S)이 가능함으로 안정기의 효율을 향상시키도록 작용한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 형광램프에 적합한 안정기를 장착하여야 안정한 점등과 방전을 유지하도록 제어된 직류전압을 인버터에 인가함으로서 관 전압, 관 전력 및 관 전류가 다른 여러 종류의 형광램프를 안전한 점등과 방전을 유지할 수 있는 효과가 있고, 여러 유형의 램프가 사용이 가능한 프리와트형 전자식 안정기를 구현함으로서 램프의 낭비를 막고, 사용자 편의를 증가할 수 있으며, 여러 종류별 안정기를 본 발명을 적용한 안정기로 일원화할 수 있으므로 원가절감에 기여할 수 있는 효과가 있다.

또한 램프의 종류마다 공진 부하 전류를 조절할 수 있으므로 하프 브릿지 인버터에 영전류 스위칭(Z.C.S)과 영전압 스위칭(Z.V.S)이 가능함으로 스위칭 손실을 줄일 수 있으며 안정기의 효율이 대폭 향상되는 등의 여러 효과를 갖는 매우 우수한 발명인 것이다.

Claims

상용교류 전압이 입력되어 입력측 필터와, 브릿지 다이오드로 이루어진 정류부와, 전파 정류된 전압을 승압하는 전압변환부와, 전압변환부 출력으로 구동하는 하프브릿지 인버터부와, 고주파 전력으로 변환시킨 후 형광램프와 직렬공진 회로로 구성된 공진부하부에 인가하도록 이루어지는 형광램프용 전자식 안정기에 있어서,

승압 또는 강압된 제어직류전압을 공급하기 위해 승,강압 변환기를 포함하는 역율 제어 및 전압 변환 구동부(6)와, 출력 FET(4), 인덕터(3), 다이오드(5)로서 이루어진 전압변환부(30)와,

상기 공진부하부(50)의 쵸우크 코일(10) 양단의 전압으로 램프전류를 검출하는 램프전류 검출부(13)와, 공진부하부(50)의 형광램프(60) 양단의 전압으로서 램프 전압을 검출하는 램프전압 검출부(14)를 이루되, 포토커플러에 전류제한 저항을 직렬로 연결하여 동작범위로 설정하고, 저항과 콘덴서로 전압 분할하여 램프전류와 전압을 검출하는 램프 전압, 전류 검출부(70)와,

상기 램프 전압, 전류 검출부(70)의 출력으로 램프의 종류를 인식하며 인식된 램프에 따라 목표전압을 설정하고, 목표전압과 상기 전압 변환부(30)의 출력인 제어직류전압과 비교함으로서 오차 전압신호를 만들어, 오차 전압신호를 상기 전압 변환부(30)에 입력하는 마이크로프로세서 제어부(80)를 형성하여,

상기 마이크로프로세서 제어부(80)의 출력에 연동하여 상기 전압 변환부(30)의 PWM스위칭 신호를 조절하여 출력을 변화시키고, 출력되는 제어직류전압 다시 되먹임(Feed -Back)하여 장착램프에 적합한 제어직류전압으로 추종되도록 폐 루프를 구성하여 이루어지는 것

을 특징으로 하는 프리와트형 형광램프용 전자식안정기.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 하프 브릿지 인버터(40)에 인가되는 직류공급전압을 조절하여 하프브릿지인버터의 스위칭주파수와 공진회로의 공진주파수를 일치시켜 스위칭 손실을 줄일 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 프리와트형 형광램프용 전자식안정기.
삭제