KR100437660B1

KR100437660B1 - 소프트 스타트형 전자식 안정기의 보호 회로

Info

Publication number: KR100437660B1
Application number: KR10-2002-0005051A
Authority: KR
Inventors: 김원태
Original assignee: 유니온 전기 주식회사
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2004-06-30
Also published as: KR20030064957A

Abstract

본 발명은 입력교류전원을 감시하여 과전류 입력시 전원을 차단하고 잡음 및 고주파 노이즈를 제거한 후 직류로 변환하는 전원입력부를 구비한 전자식 안정기에 있어서: 상기 정류회로부로부터 출력되는 출력전압의 교류 노이즈를 완전히 제거하여 출력전압의 떨림현상을 제거하는 출력안정화부; 상기 출력안정화부를 통해 공급되는 직류 전원을 제공받고 전원 투입시 시동되는 시동회로와 직렬공진회로의 시정수에 따라 복수의 스위칭소자가 번갈아가며 고주파의 신호를 발진하는 출력구동부; 상기 출력구동부에서 출력되는 구형파의 고주파 전압을 정현파로 정형화시켜서 램프 점등에 필요한 전압으로 증폭시키는 램프점등부; 및 상기 출력안정화부를 통해 출력되는 신호를 제공받고 램프점등부로 공급되는 전압이 일정 이상으로 상승하게 되면 소정의 사이리스터 소자가 동작하여 출력구동부의 작동을 제어함과 아울러 전원공급시 램프점등부로 공급되는 돌입전류를 완화하여 램프의 전기적인 충격을 제거하는 보호회로부;를 더 구비함으로써, 보다 간단한 보호회로를 이용하여 램프를 점등할 때 램프로 인가되는 전압을 서서히 높여 순간적으로 가해지는 과전압을 차단하여 램프의 수명을 연장하고, 램프수명 말기에 과전류에 의하여 안정기의 각종 회로부품이 파손되는 것을 완벽하게 방지하여 안정기와 램프의 수명을 연장시킬 수 있는 소프트 스타트형 전자식 안정기의 보호 회로를 제공한다.

Description

소프트 스타트형 전자식 안정기의 보호 회로{Circuit for protecting Lamp of Electronic Stabilizer}

본 발명은 전자식 안정기에 관한 것으로, 특히 램프를 점등할 때에 램프로 인가되는 전압을 서서히 높여 순간적으로 가해지는 과전압을 차단하여 램프의 수명을 연장하고, 램프수명 말기에 과전류에 의하여 안정기의 각종 회로부품이 파손되는 것을 방지하여 안정기와 램프의 수명을 연장시킬 수 있는 소프트 스타트형 전자식 안정기의 보호 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 안정기는 형광램프에 초기 시동전압을 공급하여 램프의 방전을 용이하게 하므로 램프를 점등시키는 시동장치의 역할을 한다.

램프는 램프의 전압-전류가 부의 특성을 가지고 있으므로 초기 램프가 점등하면 전압이 지속적으로 감소하면서 전류가 상승하여 결국 램프가 파괴된다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 안정기가 필요하며, 점등 후 안정기는 램프에 일정한 전압을 공급하여 전류를 제한하는 역할을 한다.

안정기는 램프에 일정한 전압을 지속적으로 공급하여 램프의 방전을 단속하므로 램프의 점등을 지속적으로 유지시켜 주는 역할을 한다.

이를, 위하여 전자식 안정기는 상용전원주파수(60Hz)를 고주파변환회로를 사용하여 30 내지 45kHz의 고주파수로 변환하여 램프의 전원으로 사용한다.

이와 같은 전자식 안정기는 기존의 자기식 안정기에 비해 여러 가지 장점이 있는 데, 먼저 전자식 안정기는 고주파 점등을 하므로 램프의 점등이 용이하고, 전자식 안정기는 고주파 점등을 하므로 프리커(Flicker; 깜박임) 현상이 없으며, 고주파 점등을 하므로 발광효율이 증대되며, 전자회로로 구성되어 있으므로 소형경량화가 가능하며, 에너지 효율이 향상되는 이점이 있다.

상기 전자식 안정기의 회로들은 일반적으로 다양한 회로들로 구성되어 있는 데, 도 1과 같이 라인필터(10), 서지억제회로(15), 정류회로(20), 발진회로(25),인버터(30), 공진회로(35), 보호회로(40) 등이 인쇄회로기판 상에 장착되어 있으며, 각 구성 요소는 다음과 같은 역할을 한다.

즉, 라인필터(10)는 모든 전자기기에는 EMi(전자파장해)가 발생하는 데 이것을 억제함으로서 EMi규정에 위배되지 않도록 함과 동시에 타전자기기에 미치는 악영향을 최소화하며, 서지억제회로(15)는 자연에 의해 발생하는 서지전압(낙뢰)과 외부전원에 의해 인가되는 서지전압으로부터 안정기 회로를 보호하는 회로이고, 정류회로(20)는 상용교류전압(220V/60Hz)을 직류전압으로 변환시켜주는 회로이며, 발진회로(25)는 상용교류전압(220V/60Hz)을 고주파변환 신호전압으로 만들어주는 회로이고, 인버터(30)는 상기 발진회로에서 생성된 고주파신호로 입력직류전압을 고주파전압(구형파)으로 변환시켜주는 회로이며, 공진회로(35)는 인버터(30)에서 발생된 고주파전압(구형파)을 L(코일), C(콘덴서)필터를 통하여 정현파로 변환시켜주는 회로이고, 마지막으로 보호회로(40)는 램프의 수명 말기에 램프의 과도한 전류를 감지하여 안정기가 파손되지 않도록 보호해 주는 회로이다.

상기와 같은 구성을 갖는 전자식 안정기는 다음과 같은 조건을 갖추고 있어야 하는 데, 즉 역률이 90%이상 되어야 하며, 비교 효율이 좋아야 하고, 서지보호회로가 있어 낙뢰 등에 안정기가 견디어야 하며, 그리고 램프 수명 말기에 보호회로가 동작하여 안정기를 보호할 수 있어야 하고, 점등할 때에 순간적으로 고주파 점등을 하기 때문에 램프 수명에 많은 영향을 주므로 소프트 스타트 방식을 채택하여 램프 수명을 연장할 수 있는 것이 바람직하다.

그런데, 상기 보호회로(40)는 도 2와 같이 구동제어 칩과 복수의 사이리스터및 다수의 수동소자들로 구성되어 있는 데, 그 회로가 복잡하여 제조단가가 높아 제품 경쟁력이 떨어짐과 아울러 제조단가를 낮추기 위하여 보호회로를 간단하게 구성할 경우 소프트 스타트 기능이 불충분하여 오히려 램프의 수명을 치명적으로 단축시키며, 램프 수명말기에 과다 전류가 흐르는 경우에 안정기에 가해지는 과전류를 초기에 적절하게 차단해 주는 기능이 없어서 안정기의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 보다 간단한 보호회로를 이용하여 램프를 점등할 때 램프로 인가되는 전압을 서서히 높여 순간적으로 가해지는 과전압을 차단하여 램프의 수명을 연장하고, 램프수명 말기에 과전류에 의하여 안정기의 각종 회로부품이 파손되는 것을 완벽하게 방지하여 안정기와 램프의 수명을 연장시킬 수 있는 소프트 스타트형 전자식 안정기의 보호 회로를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 전자식 안정기를 나타낸 회로 블록도이고,

도 2는 종래 기술에 의한 전자식 안정기의 보호회로부를 나타낸 회로도이고,

도 3은 본 발명에 의한 전자식 안정기를 나타낸 회로 블록도이고,

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 안정기를 나타낸 회로도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 전자식 안정기 110: 입력전원보호부

120: 입력전원필터부 130: 정류회로부

140: 출력안정화부 150: 출력구동부

160: 램프점등부 170: 보호회로부

180: 램프

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 입력교류전원을 감시하여 과전류 입력시 전원을 차단하는 입력전원보호부와, 상기 입력 교류전원으로부터 유입되는 잡음 및 고주파 노이즈를 제거하는 입력전원필터부와, 상기 입력 교류전원을 정류하여 직류로 변환하는 정류회로부를 구비한 전자식 안정기에 있어서: 상기 정류회로부로부터 출력되는 출력전압의 교류 노이즈를 완전히 제거하여 출력전압의 떨림현상을 제거하는 출력안정화부; 상기 출력안정화부를 통해 공급되는 직류 전원을 제공받고 전원 투입시 시동되는 시동회로와 직렬공진회로의 시정수에 따라 복수의 스위칭소자가 번갈아가며 고주파의 신호를 발진함과 아울러 궤환회로로 출력전류를 제한하여 일정한 전류가 부하에 공급하는 출력구동부; 상기 출력구동부에서 출력되는 구형파의 고주파 전압을 정현파로 정형화시켜서 램프 점등에 필요한 전압으로 증폭시키는 램프점등부; 및 상기 출력안정화부를 통해 출력되는 신호를 제공받고 램프점등부로 공급되는 전압이 일정 이상으로 상승하게 되면 소정의 사이리스터 소자가 동작하여 출력구동부의 작동을 제어함과 아울러 전원공급시 램프점등부로 공급되는 돌입전류를 완화하여 램프의 전기적인 충격을 제거하는 보호회로부;를 더 구비한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 3은 본 발명에 의한 전자식 안정기의 회로블록을 도시한 것으로, 입력전원보호부(110), 입력전원필터부(120), 정류회로부(130), 출력안정화부(140), 출력구동부(150), 램프점등부(160) 및 보호회로부(170)로 이루어져 있다.

상기 입력전원보호부(110)는 퓨즈(Fuse)와 배리스터(TNR)로 구성되어 있는 데 퓨즈(Fuse)는 제품의 이상 등으로 과전류가 발생할 경우 입력전원을 차단하여 화재를 예방하고 제품을 보호하여 주며, 배리스터(TNR)는 전원 입력시 낙뢰 등 전송로를 타고 유입되는 높은 전위의 서지(Surge) 전압을 흡수하도록 하여 제품을 보호하도록 이루어져 있고, 또한 입력전원필터부(120)는 전원입력시 교류전원으로부터 유입되는 잡음(EMi) 및 인버터로부터 발생되는 고주파 노이즈를 차단하여 코일(L)과 콘덴서(C)로 구성되어 있는 데 이 필터(L, C)를 통해 유입되는 노이즈를 모두 차단하도록 이루어져 있으며, 또한 정류회로부(130)는 전파 정류를 하여 AC전원을 DC전원으로 변환시키는 데 맥류를 평활시키는 고역률 평활회로로 이루어져 있고, 또한 출력안정화부(140)는 정류회로부(130)로부터 출력되는 출력전압의 교류 노이즈를 완전히 제거하여 출력전압의 떨림현상을 제거하도록 이루어져 있다.

또한, 출력구동부(150)는 전원으로부터 공급되어진 안정된 DC전류를 고주파로 변환시켜주는 인버터회로에서 전원 투입시 즉시 시동되는 시동회로와 동시에 직렬공진회로의 시정수에 따라 발진되고 그 출력을 궤환시켜 계속 스위칭시키는 궤환회로로 출력전류를 제한하여 일정한 전류가 부하에 공급되어지도록 설계되었으며, 램프점등부(160)는 고주파 변환부와 직렬로 연결되어 있고 구형파의 고주파 고전압을 정현파로 정형화시켜서 램프 점등에 필요한 전압으로 증폭시키는 역할을 하며, 고주파 전류를 램프전류 이내로 제한하는 한류소자의 역할도 하게 된다.

그리고, 보호회로부(170)는 형광램프의 노화나 기타의 원인으로 인덕터의 전압이 일정 이상으로 상승하게 되면 보호회로부(170)의 스위칭소자(FET)가 동작하여 고주파 발진부의 동작을 멈추게 하며, 노화된 형광램프의 교체 및 기타의 이상원인이 제거되면 보호회로가 동작을 멈추고 램프의 시동이 정상상태로 돌아가도록 함과 아울러 형광램프는 전원의 온/오프 횟수가 많으면 수명이 짧아지게 되는 데, 이는 스위칭이 온되는 순간 과도현상에 의한 돌입전류가 문제로서 스위칭이 온시 발생하는 돌입전류를 완화하여 램프에 가해지는 전기적인 충격을 완화하여 형광램프의 수명을 연장하도록 이루어져 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 전자식 안정기의 회로를 도시한 것으로, 입력전원보호부(110), 입력전원필터부(120), 정류회로부(130), 출력안정화부(140),출력구동부(150), 램프점등부(160), 보호회로부(170) 및 램프(180)로 이루어져 있다.

상기 입력전원보호부(110)는 퓨즈(Fuse)와 배리스터(TNR)로 구성되어 과전류 유입시 입력전원을 차단시키고, 입력전원필터부(120)는 제 1 전원단과 제 2 전원단에 각각 직렬로 설치된 복수의 코일(LF1, LF2)과 제 1 전원단과 제 2 전원단 사이에 병렬 설치된 콘덴서(C1-C3)로 구성되어 입력 교류전원의 잡음과 노이즈를 차단하고, 정류회로부(130)는 브리지다이오드(D1-D4)와 콘덴서(C4)로 구성되어 입력전원필터부(120)로부터 출력되는 교류전원을 평활시키도록 구성되어 있고, 출력안정화부(140)는 제 1 전원단에 직렬 연결된 코일(L1)과 제 1 전원단과 접지단 사이에 병렬 연결된 복수의 다이오드(D5)와 콘덴서(C5, C6) 및 복수의 다이오드(D6)로 구성되어 출력전압의 교류 노이즈를 완전히 제거하여 출력전압의 떨림현상을 제거하도록 이루어져 있다.

출력구동부(150)는 제 1, 제 2 스위칭소자(M1, M2)와 각 스위칭소자(M1, M2)의 게이트제어용 수동소자 즉, 저항, 콘덴서, 코일, 다이오드, 제너다이오드 등으로 구성되어 있는 데, 상기 제 1 및 제 2 스위칭소자(M1, M2)는 제 1 전원단과 접지단 사이에 저항(R8, R9)과 다이오드(D6)를 통해 직렬 연결되어 있고, 제 1 및 제 2 스위칭소자(M1, M2)는 입력전압에 따라 서로 번갈아가며 스위칭되어 구형파를 발생하도록 이루어져 있다.

상기 제 1 스위칭소자(M1)의 게이트제어용 소자들은 제 1 스위칭소자(M1)의 게이트단자와 소오스단자 사이에 설치되어 있는 데, 게이트단자와 드레인단자에 직렬로 저항(R6)과 코일(L2)이 연결되어 있고 상기 코일(L2)에 병렬로 다이오드(D8)와 제너다이오드(ZD1)가 직렬 연결되어 있으며, 출력안정화부(140)의 출력단인 제 1 전원단과 제 1 스위칭소자의 소오스단자 사이에 콘덴서(C8)와 저항(R4)이 병렬 연결되어 있다.

상기 제 2 스위칭소자(M2)의 게이트제어용 소자들은 제 2 스위칭소자(M2)의 게이트단자와 소오스단자 사이에 설치되어 있는 데, 게이트단자와 드레인단자에 직렬로 저항(R7)과 코일(L4)이 연결되어 있고 상기 코일(L4)에 병렬로 다이오드(D9)와 제너다이오드(ZD2)가 직렬 연결되어 있으며, 출력안정화부(140)의 출력단인 제 1 전원단과 제 2 스위칭소자의 소오스단자 사이에 저항(R2)과 콘덴서(C7)가 직렬 연결되어 있고, 제 2 스위칭소자(M2)의 소오스단자와 제 2 전원단 사이에 저항(R8, R9)이 병렬 연결되어 있다.

그리고, 램프점등부(160)는 램프 필라멘트(181, 185)와 각 직렬 연결된 코일(CH1)과 콘덴서(C10)로 이루어져 출력구동부(150)를 통해 인가되는 고주파수의 구형파를 정현파로 공진하여 필라멘트를 예열한 후 램프(180)를 점등시키게 되는 데, 상기 출력구동부(150)의 저항(R2)과 콘덴서(C7)의 연결접점(Nd1)과 램프(180)의 제 1 필라멘트(181) 사이에 다이오드(D7)와 저항(R5)과 복수의 코일(L3, CH1)이 순차적으로 직렬 연결되어 있고, 램프(180)의 제 2 필라멘트(185)와 접지전압 사이에 역방향 다이오드(D11)와 콘덴서(C12)가 병렬로 연결되어 있고, 상기 제 1 전원단과 제 2 필라멘트(185) 사이에 역방향 다이오드(D12)와 콘덴서(C11)가 병렬로 연결되어 있으며, 제 1 필라멘트(181)와 제 2 필라멘트(185) 사이에 예열용콘덴서(C10)가 직렬 연결되어 있다.

그리고, 보호회로부(170)는 램프의 수명 말기에 전류의 상승을 방지하기 위하여 사이리스터(SCR)를 램프점등부(160)의 코일 전단에 설치하고 상기 사이리스터(SCR)의 입력단에 제 1 전원단과 병렬 연결된 콘덴서(C15), 저항(R12), 제너다이오드(ZD3), 저항(R13) 및 콘덴서(C13)가 설치되고 제너다이오드(ZD3) 및 콘덴서(C15)의 분압 전압을 제공받아 스위칭된다.

즉, 상기 보호회로부(170)는 출력구동부(150)의 저항(R2)과 콘덴서(C7)의 연결접점(Nd1)과 제 2 전원단 사이에 다이액(DIAC)과 사이리스터(SCR)가 직렬 연결되어 있고, 상기 사이리스터(SCR)의 게이트와 제 2 전원단 사이에 저항(R12)이 연결되어 있으며, 제 2 전원단에 병렬로 콘덴서(C13)와 저항(R13), 제너다이오드(ZD3) 및 콘덴서(C15)가 순차 연결되되 상기 제너다이오드(ZD3)와 콘덴서(C15)의 연결접점이 사이리스터(SCR)의 게이트에 연결되어 있는 것이다.

상기와 같이 전자식 안정기를 구성함으로써, 램프의 노화나 기타의 원인으로 인덕터의 전압이 일정 이상으로 상승하게 되면 보호회로부(170)의 사이리스터 소자(SCR)가 동작하여 출력구동부(150)의 스위칭소자(M1, M2)의 동작을 멈추게 한다. 그리고 노화된 램프(180)의 교체 및 기타의 이상 원인이 제거되면 보호회로부(170)의 작동이 멈추고 램프의 시동이 정상상태로 돌아간다.

아울러, 램프는 전원스위치(미 도시)의 온/오프 횟수 즉, 램프(180)의 온/오프를 자주 하면 램프의 수명이 짧아지게 되는 데, 이는 스위칭이 온되는 순간 과도현상에 의한 돌입전류가 발생하여 램프(180)의 필라멘트(181, 185)에 과부하가 걸리기 때문이며, 보호회로부(170)는 이러한 돌입전류를 완화하여 램프(180)에 가해지는 전기적인 충격을 완하여 램프의 수명을 연장하게 된다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

따라서, 본 발명에서는 보다 간단한 보호회로를 이용하여 램프를 점등할 때 램프로 인가되는 전압을 서서히 높여 순간적으로 가해지는 과전압을 차단하여 램프의 수명을 연장하고, 램프수명 말기에 과전류에 의하여 안정기의 각종 회로부품이 파손되는 것을 완벽하게 방지하여 안정기와 램프의 수명을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims

입력교류전원을 감시하여 과전류 입력시 전원을 차단하는 입력전원보호부와, 상기 입력 교류전원으로부터 유입되는 잡음 및 고주파 노이즈를 제거하는 입력전원필터부와, 상기 입력 교류전원을 정류하여 직류로 변환하는 정류회로부를 구비한 전자식 안정기에 있어서:

상기 정류회로부로부터 출력되는 출력전압의 교류 노이즈를 완전히 제거하여 출력전압의 떨림현상을 제거하는 출력안정화부;

상기 출력안정화부를 통해 공급되는 직류 전원을 제공받고 전원 투입시 시동되는 시동회로와 직렬공진회로의 시정수에 따라 복수의 스위칭소자가 번갈아가며 고주파의 신호를 발진함과 아울러 궤환회로로 출력전류를 제한하여 일정한 전류가 부하에 공급하는 출력구동부;

상기 출력구동부에서 출력되는 구형파의 고주파 전압을 정현파로 정형화시켜서 램프 점등에 필요한 전압으로 증폭시키는 램프점등부; 및

상기 출력안정화부를 통해 출력되는 신호를 제공받고 램프점등부로 공급되는 전압이 일정 이상으로 상승하게 되면 소정의 사이리스터 소자가 동작하여 출력구동부의 작동을 제어함과 아울러 전원공급시 램프점등부로 공급되는 돌입전류를 완화하여 램프의 전기적인 충격을 제거하는 보호회로부;를 더 구비한 것을 특징으로 하는 소프트 스타트형 전자식 안정기의 보호 회로.
청구항 1에 있어서,

상기 보호회로부는, 상기 출력구동부의 제 1 노드(Nd1)와 제 2 전원단 사이에 다이액과 사이리스터 소자가 직렬 연결되어 있고, 상기 사이리스터 소자의 게이트와 제 2 전원단 사이에 저항이 연결되어 있으며, 제 2 전원단에 병렬로 콘덴서와 저항, 제너다이오드 및 콘덴서가 순차 연결되되 상기 제너다이오드와 콘덴서의 연결접점이 사이리스터 소자의 게이트에 연결된 것을 특징으로 하는 소프트 스타트형 전자식 안정기의 보호 회로.