KR100594425B1 - 고압방전등의 안정기회로 - Google Patents

고압방전등의 안정기회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수은등 혹은 나트륨등과 같은 고압방전등을 점등시킬 때 고전압을 안정화시키는 고압방전등의 안정기회로에 관한 것이다.
고용량의 소비전력에서도 사용이 가능한 본 발명의 고압방전등의 전자식 안정기회로는, AC전원을 공급받아 정전기를 제거하는 EMI필터와, 상기 EMI필터로부터 정전기가 제거된 교류전압을 전파정류하여 직류전압으로 변환하여 출력하는 정류부와, 상기 정류부로부터 정류되는 직류전압의 역률을 개선하도록 제어하는 PFC회로와, 상기 PFC회로로부터 역률이 개선된 전압을 승압시키는 부스터와, 상기 부스터로부터 상승된 직류전압을 받아 승압하거나 강하된 직류전압으로 변환출력하는 벅컨버터와, 상기 벅컨버터로부터 출력된 직류전압을 받아 일정한 전류가 공급되도록 제어하는 커뮤테이터와, 상기 커뮤테이터로부터 제공되는 전압을 받아 고전압을 발생하는 이그나이터와, 상기 이그나이터로부터 발생된 고전압에 의해 점등되는 고압방전등과, 상기 고압방전등이 점등된 후 상기 이그나이터로부터 발생된 고전압이 피드백될 때 전류를 검출하는 전류검출부와, 상기 벅컨버터로부터 출력되는 전압값을 검출하는 전압검출부와, 상기 이그나이터로부터 출력되는 전압을 받아 상기 고압방전등에 이상발생 시 전압이 상기 이그나이터로 인가되지 않도록 제어하는 이그나이터 전압 제어부와, 미리 설정된 기준전압과 비교하여 설정된 시간마다 고전압의 이상유무를 감지하기 위한 신호를 출력하는 워치도그 타이머와, 상기 전류검출부 및 전압검출부로부터 검출된 전류값 및 전압값을 입력받아 상기 워치도그 타이머로부터 출력되는 고전압 이상유무 감지신호를 받아 상기 고압방전등으로 인가되는 전압의 이상유무를 감지하는 전류 및 전압 에러 센싱부와, 상기 전압검출부와 접지사이에 연결되어 주변의 조광 및 온도에 따라 자동으로 전압을 조절하는 디밍회로를 포함한다.
고압방전등, 전자식 안정기, 이그나이터

Description

고압방전등의 안정기회로{STABILIZER CIRCUIT OF HIGH VOLTAGE DISCHARGE LAMP}
도 1은 고압방전등의 안정기회로도
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고압방전등의 안정기회로도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
50: EMI 필터 52: 정류부
54: PFC회로 56: 부스터
58: 벅컨버터 60: 전류검출부
62: 전압검출부 64: 디밍회로
66: 커뮤테이터 68: 이그나이터
70: 고압방전등 72: 이그나이트 전압 제어부
74: 기준전압 생성부 76: 워치도그 타이머
78: 전류 및 전압 에러 센싱부
본 발명은 고압방전등의 안정기회로에 관한 것으로, 특히 수은등 혹은 나트륨등과 같은 고압방전등을 점등시킬 때 고전압을 안정화시키는 고압방전등의 안정기회로에 관한 것이다.
일반적으로 고압방전등을 점등시키기 위한 안정기는 규소강판에 동선을 권회하여 이루어진 구조로 사용주파수가 50Hz나 60Hz를 사용하기 때문에 규소강판 코어의 전력손실 및 동선공유의 전력손실이 많고 무겁고 부피가 크게되어 설치하거나 취급하는데 어려움이 많았다.
이러한 문제를 해결하기 위해 최근들어 반도체를 이용한 여러 종류의 전자식 안정기가 개발되고 있으나 모두가 주변기기에 대해 전자파장해를 일으키거나 감전사고 등을 유발하는 안전도면에서 문제를 노출시키고 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위한 고압방전등의 안정기회로가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 벅컨버터(Buck Converter)(10)는 트랜지스터(TR1) 및 제너다이오드(Z1), 캐패시터(C6, C7), 다이오드(D1,D3,D4)와 전압콘트롤로직(IC2), 트랜스(L1)로 구성되어 380V의 직류전압을 교류전압으로 변환한 후 승압하여 다시 직류전압을 변환하여 출력한다. 시스템기준전압 생성부(12)는 저항(R23, R24, R25)와 제너다이오드(Z3)로 구성되어 설정된 기준전압(Vref)을 생성한다. 커뮤테이터(Commutator)(14)는 펄스폭 변조 제어기(IC3) 및 캐패시터(C13, C14, C15, C16), 저항(R26, R27), 트랜지스터(TR2, TR3, TR4, TR5)로 구성되어 상기 벅컨버터(10)로부터 변환된 직류전압을 받아 이그나이터(16)로 일정한 전류가 공급되도록 제어한다. 이그나이터(16)는 캐패시터(C2), 다이오드(D2), 코일(L2), 트랜스(L3), 제너다이오드(Z4, Z5, Z6, Z7)로 구성되어 상기 커뮤테이터(14)로부터 제공되는 전압을 받아 고전압을 발생하여 고압방전등(18)으로 인가한다. 고압방전등(18)은 상기 이그나이터(16)로부터 발생된 고전압에 의해 점등된다. 전류검출부(20)는 상기 이그나이터(16)로부터 발생된 고전압이 피드백될 때 저항(R1, R2, R3)에 의해 전류량을 검출한다. 전압검출부(22)는 상기 벅컨버터(10)로부터 출력되는 전압값을 저항(R6, R7)에 의해 검출한다. 워치도그타이머(24)는 저항(R12, R13, R14, R15, R16), 캐패시터(C5, C8), 트랜지스터(TR6), 연산증폭기(OP1)으로 구성되어 상기 기준전압 생성부(12)로부터 생성된 기준전압과 비교하여 설정된 시간단위로 고전압의 이상유무를 감지하기 위한 펄스를 출력한다. 전류 및 전압 에러 감지부(26)는 저항(R4, R5, R10, R11, R17, R18, R19), 캐패시터(C9, C10, C11), 제너다이오드(Z2), 전압 및 전류제어 콘트롤로직(IC1)으로 구성되어 상기 전류검출부(20) 및 전압검출부(22)로부터 검출된 전류값 및 전압값을 입력받아 상기 워치도그 타이머(24)로부터 출력되는 펄스신호에 대응하여 전압 및 전류에러 상태를 감지한다. 이그나이터 전압 제어부(28)는 저항(R20, R21, R22), 캐패시터(C12), 다이오드(D5),Y 연산증폭기(OP2)로 구성되어 상기 이그나이터(16)로 일정한 전압이 인가되도록 제어한다.
상기와 같은 종래의 고압방전등의 안정기회로는 70W 내지 140W의 용량에서 사용이 가능하나 고용량 예를 들어 250W이상이 될 경우 전류의 용량이 증가되어 벅컨버터(10)의 전압콘트롤로직(IC2)이 파손되어 사용할 수 없는 문제가 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 고용량의 소비전력에서도 사용이 가능하고 소비전력을 줄일 수 있는 고압방전등의 안정기회로를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고압방전등의 전자식 안정기회로 는, AC전원을 공급받아 정전기를 제거하는 EMI필터와, 상기 EMI필터로부터 정전기가 제거된 교류전압을 전파정류하여 직류전압으로 변환하여 출력하는 정류부와, 상기 정류부로부터 정류되는 직류전압의 역률을 개선하도록 제어하는 PFC회로와, 상기 PFC회로로부터 역률이 개선된 전압을 승압시키는 부스터와, 상기 부스터로부터 상승된 직류전압을 받아 승압하거나 강하된 직류전압으로 변환출력하는 벅컨버터와, 상기 벅컨버터로부터 출력된 직류전압을 받아 일정한 전류가 공급되도록 제어하는 커뮤테이터와, 상기 커뮤테이터로부터 제공되는 전압을 받아 고전압을 발생하는 이그나이터와, 상기 이그나이터로부터 발생된 고전압에 의해 점등되는 고압방전등과, 상기 고압방전등이 점등된 후 상기 이그나이터로부터 발생된 고전압이 피드백될 때 전류를 검출하는 전류검출부와, 상기 벅컨버터로부터 출력되는 전압값을 검출하는 전압검출부와, 상기 이그나이터로부터 출력되는 전압을 받아 상기 고압방전등에 이상발생 시 전압이 상기 이그나이터로 인가되지 않도록 제어하는 이그나이터 전압 제어부와, 미리 설정된 기준전압과 비교하여 설정된 시간마다 고전압의 이상유무를 감지하기 위한 신호를 출력하는 워치도그 타이머와, 상기 전류검출부 및 전압검출부로부터 검출된 전류값 및 전압값을 입력받아 상기 워치도그 타이머로부터 출력되는 고전압 이상유무 감지신호를 받아 상기 고압방전등으로 인가되는 전압의 이상유무를 감지하는 전류 및 전압 에러 센싱부와, 상기 전압검출부와 접지사이에 연결되어 주변의 조광 및 온도에 따라 자동으로 전압을 조절하는 디밍회로를 포함함을 특징으로 한다.
상기 벅컨버터는, 상기 전류검출부로부터 검출된 전류량에 따라 1차측 전압을 2차측으로 유기시키는 제1 트랜스와, 상기 제1 트랜스의 1차측 전압의 크기에 따라 상기 부스터로부터 승압된 전압을 상기 이그나이터로 공급 또는 차단을 제어하는 트랜지스터와, 상기 전류검출부로부터 검출된 전류량에 따라 상기 트랜지스터로부터 스위칭온 되어 상기 이그나이터로 공급되는 전압을 제어하는 제2 트랜스를 포함함을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고압방전등의 안정기회로도이다.
AC전원을 공급받아 정전기를 제거하는 EMI(Electro-Magnetic Interference)필터(50)와, 상기 EMI필터(50)로부터 출력되는 교류전압을 전파정류하여 직류전압으로 변환하여 출력하는 정류부(52)와, 상기 정류부(52)로부터 정류되는 직류전압의 역률을 개선하도록 제어하는 PFC(Power Factor Correction)회로(54)와, 상기 PFC회로(54)로부터 역률이 개선된 전압을 승압시키는 부스터(56)와, 트랜지스터(Q1), 저항(R17, R100), 캐패시터(C100, C101), 제너다이오드(D100), 다이오드(D1), 트랜스(L5, T2)로 이루어져 있으며 상기 부스터(56)로부터 상승된 직류전압을 받아 승압하거나 강하된 직류전압으로 변환출력하는 벅컨버터(58)와, 상기 벅컨버터(58)로부터 출력된 직류전압을 받아 일정한 전류가 공급되도록 제어하는 커뮤테이터(66)와, 상기 커뮤테이터(66)로부터 제공되는 전압을 받아 고전압을 발생하는 이그나이터(68)와, 상기 이그나이터(68)로부터 발생된 고전압에 의해 점등되는 고압방전등(70)과, 상기 고압방전등(70)이 점등된 후 상기 이그나이터(68)로부터 발생된 고전압이 피드백될 때 저항(R1, R2)에 의해 전류량을 검출하는 전류검출부(60)와, 상기 벅컨버터(58)로부터 출력되는 전압값을 저항(R6~R11)에 의해 검출하는 전압검출부(62)와, 저항(R20, R21, R22) 및 다이오드(D5), 캐패시터(C12)와 연산증폭기(OP2)로 이루어져 있으며 상기 이그나이터(68)로부터 출력되는 전압을 받아 고압방전등(70)에 이상발생 시 전압이 상기 이그나이터(68)로 인가되지 않도록 제어하는 이그나이터 전압 제어부(72)와, 저항(R23, R24, R25)로 구성되어 설정된 기준전압(Vref)을 생성하는 기준전압 생성부(74)와, 저항(R12, R13, R14, R15) 및 캐패시터(C5, C8), 트랜지스터(Q9) 및 연산증폭기(OP1)로 구성되어 상기 기준전압 생성부(74)로부터 생성된 기준전압과 비교하여 설정된 시간간격으로 고전압의 이상유무를 감지하기 위한 신호를 출력하는 워치도그 타이머(76)와, 저항(R4, R6, R18, R19), 캐패시터(C9, C10, C11), 제너다이오드(Z2), 전류 및 전압감지 콘트롤로직(U1)으로 구성되어 상기 전류검출부(60) 및 전압검출부(62)로부터 검출된 전류값 및 전압값을 입력받아 상기 워치도그 타이머(76)에 의해 설정된 시간간격으로 고압방전등(70)으로 인가되는 전압의 이상유무를 감지하는 전류 및 전압 에러 센싱부(78)와, 상기 전압검출부(62)와 접지사이에 저항(R0) 및 자동 포텐셔미터(PT1)가 직렬연결되어 주변의 조광 및 온도에 따라 자동으로 전압을 조절하는 디밍(Dimming)회로(64)로 구성된다.
상술한 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명한다.
AC전원이 공급되면 EMI(Electro-Magnetic Interference)필터(50)는 정전기를 제거한다. 정류부(52)는 상기 EMI필터(50)로부터 출력되는 교류전압을 전파정류하여 직류전압으로 변환하여 PFC회로(54)로 출력한다. PFC(Power Factor Correction)회로(54)는 상기 정류부(52)로부터 정류되는 직류전압의 역률을 개선하도록 제어한다. 이때 부스터(56)는 상기 PFC회로(54)로부터 역률이 개선된 전압을 승압시킨다. 상기 부스터(56)로부터 승압된 전압은 트랜지스터(Q1)와 트랜스(T2)를 통해 커뮤테이터(66)로 인가된다. 커뮤테이터(66)는 상기 부스터(56)로부터 승압된 전압을 벅컨버터(58)의 트랜지스터(Q1) 및 트랜스(T2)를 통해 출력된 승압전압을 받아 일정한 전류가 이그나이터(68)로 공급되도록 제어한다. 이그나이터(68)는 상기 커뮤테이터(66)로부터 제공되는 전압을 받아 고전압을 발생하여 고압방전등(70)이 점등되도록 한다.
상기 고압방전등(70)이 점등되면 전류 및 전압감지 콘트롤로직(U1)은 출력단자(OUT)를 통해 듀티비가 동일한 일정한 주파수를 출력하여 워치도그타이머(76)로 인가한다. 이때 워치도그 타이머(76)의 트랜지스터(Q9)는 베이스로 인가되는 주파수에 따라 턴온 또는 턴오프되어 전원전압(Vcc)과 접지전압을 연산증폭기(OP1)의 반전단(-)으로 인가한다. 이로인해 연산증폭기(OP1)는 상기 기준전압 생성부(74)로부터 생성된 기준전압과 상기 트랜지스터(Q9)로부터 출력되는 신호와 비교하여 전류 및 전압감지 콘트롤로직(U1)으로부터 생성된 주파수와 상반된 위상을 가지는 신호를 출력한다.
또한 상기 고압방전등(70)이 점등되면 이그나이터(68)로부터 피드백되는 전류가 저항(R1, R2)으로 이루어진 전류검출부(60)에 의해 검출되며, 전류검출부(60)에서 많은 량의 전류가 검출되면 제1트랜스(L5)의 1차측의 전원이 2차측으로 유기되지 않는다. 제1트랜스(L5)의 1차측의 전원 2차측으로 유기되지 않으면 제1트랜스(L5)의 전압이 낮아지게 되어 트랜지스터(Q1)가 턴오프된다. 그리고 제1트랜스(L5)의 2차측으로 전원이 유기되지 않으면 전류검출부(60)에 의해 피드백되는 전류가 제1트랜스(L5)의 2차측을 통해 캐패시터(C101)로 펌핑되어 트랜지스터(Q9)의 베이스로 고전위가 인가된다. 이때 트랜지스터(Q9)는 턴온되어 연산증폭기(OP1)이 반전단(-)으로 접지신호를 인가한다. 이로 인해 연산증폭기(OP1)는 출력단으로 하이신호를 계속 출력하게 되어 전류 및 전압감지 콘트롤로직(U1)의 제로크로싱단자(ZCD)로 인가한다. 이때 이그나이터(68)로부터 피드백되는 전압이 저항(R6, R7)과 저항(R8, R9, R10, R11)으로 이루어진 전압검출부(62)에 의해 검출되며, 전압검출부(62)로부터 검출된 전압은 전류 및 전압감지 콘트롤로직(U1)의 피드백전압 입력단(VFB)으로 인가된다. 이때 저항(R9)와 저항(R5)의 접속노드로 흐르는 전류는 전류 및 전압감지 콘트롤로직(U1)의 전류감지 입력단(CS)로 인가된다. 전류 및 전압감지 콘트롤로직(U1)은 제로크로싱단자(ZCD)로 인가되는 신호가 하이 또는 로우중 하나로 세팅되어 유지되는 경우 고압방전등(70)으로 인가되는 고전압에 이상이 있음을 감지한다.
한편 상기 고압방전등(70)이 점등된 후 이그나이터(68)로부터 피드백되는 전압은 저항(R20, R21)을 통해 연산증폭기(OP2)의 비반전단(+)으로 인가된다. 이때 연산증폭기(OP2)는 저항(R20, R21)을 통해 인가된 이그나이터(68)로부터 피드백되는 전압을 반전단(-)의 기준전압과 비교하여 이그나이터(68)나 고압방전등(70)의 고장발생으로 인해 상기 피드백 전압이 높으면 출력단으로 고전위를 출력하여 저항(R11)와 저항(R9)의 접속노드의 전위를 높게하여 벅컨버터(58)에서 이그나이터(68)로 전압이 인가되지 않도록 한다. 그러나 연산증폭기(OP2)는 저항(R20, R21)을 통해 인가된 이그나이터(68)로부터 피드백되는 전압을 반전단(-)의 기준전압과 비교하여 이그나이터(68)나 고압방전등(70)의 정상적인 동작으로 인해 상기 피드백 전압이 낮으면 출력단으로 저전위를 출력하여 저항(R11)와 저항(R9)의 접속노드의 전위를 낮게하여 벅컨버터(58)에서 이그나이터(68)로 전압이 인가되도록 한다.
상기와 같이 고압방전등(70)으로 인가되는 전압을 제어하는 상태에서 온도 및 조광에 따라 고압방전등(70)으로 인가되는 전압이 변화될 수 있는데, 디밍회로(64)는 전압검출부(62)와 접지사이에 저항(R0) 및 자동 포텐셔미터(PT1)가 접속되어 주위의 온도 또는 조광에 따라 자동으로 전압검출부(62)의 전위를 변화시킨다. 즉, 디밍회로(64)는 주변의 온도가 높고 조광이 밝은 경우 전압검출부(62)의 전압을 감소시키고 주변의 온도가 낮고 조광이 어두우면 전압검출부(62)의 전압을 상승시킨다. 따라서 디밍회로(64)는 주변의 온도 또는 조광에 따라 고압방전등(70)으로 인가되는 전압을 제어한다. 이때 자동 포텐셔미터(PT1)가 자동으로 온도 및 조광에 따라 전압을 제어하기 위해서는 자동 포텐셔미터(PT1)에 온도센서와 조광센서가 연결되어야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 벅컨버터의 전압 제어를 IC칩을 사용하지 않고 트랜스포머를 사용하여 고압방전등의 전력용량이 250W이상 증가되어도 부품의 파손없이 사용할 수 있으며, 디밍회로를 사용하여 주변의 온도 및 조광에 따라 고압방전등의 구동전압을 제어하여 전력소모를 줄일 수 있는 동시 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. (삭제)
  2. 고압방전등의 전자식 안정기회로에 있어서,
    교류전압을 전파정류하여 직류전압으로 변환하여 출력하는 정류부와,
    상기 정류부로부터 정류되는 직류전압의 역률을 개선하도록 제어하는 PFC회로와,
    상기 PFC회로로부터 역률이 개선된 전압을 승압시키는 부스터와,
    상기 부스터로부터 승압된 직류전압을 받아 승압하거나 강하된 직류전압으로 변환출력하는 벅컨버터와,
    상기 벅컨버터로부터 출력된 직류전압을 받아 일정한 전류가 공급되도록 제어하는 커뮤테이터와,
    상기 커뮤테이터로부터 제공되는 전압을 받아 고전압을 발생하는 이그나이터와,
    상기 이그나이터로부터 발생된 고전압에 의해 점등되는 고압방전등과,
    상기 고압방전등이 점등된 후 상기 이그나이터로부터 발생된 고전압이 피드백될 때 전류를 검출하는 전류검출부와,
    상기 벅컨버터로부터 출력되는 전압값을 검출하는 전압검출부와,
    상기 이그나이터로부터 출력되는 전압을 받아 상기 고압방전등에 이상발생 시 전압이 상기 이그나이터로 인가되지 않도록 제어하는 이그나이터 전압 제어부와,
    미리 설정된 기준전압과 비교하여 설정된 시간마다 고전압의 이상유무를 감지하기 위한 신호를 출력하는 워치도그 타이머와,
    상기 전류검출부 및 전압검출부로부터 검출된 전류값 및 전압값을 입력받아 상기 워치도그 타이머로부터 출력되는 고전압 이상유무 감지신호를 받아 상기 고압방전등으로 인가되는 전압의 이상유무를 감지하는 전류 및 전압 에러 센싱부와,
    상기 전압검출부와 접지사이에 연결되어 주변의 조광 및 온도에 따라 자동으로 전압을 조절하는 디밍회로를 더 포함함을 특징으로 하는 고압방전등의 안정기회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 벅컨버터는
    상기 전류검출부로부터 검출된 전류량에 따라 1차측 전압을 2차측으로 유기시키는 제1 트랜스와,
    상기 제1 트랜스의 1차측 전압의 크기에 따라 상기 부스터로부터 승압된 전압을 상기 이그나이터로 공급 또는 차단을 제어하는 트랜지스터와,
    상기 전류검출부로부터 검출된 전류량에 따라 상기 트랜지스터로부터 스위칭온 되어 상기 이그나이터로 공급되는 전압을 제어하는 제2 트랜스를 포함함을 특징으로 하는 고압방전등의 안정기회로.
  4. 제2항 내지 제3항 중 그 어느 한 항에 있어서,
    상기 정류부의 전단에 연결되어 AC전원을 공급받아 정전기를 제거하는 EMI필터를 더 포함함을 특징으로 하는 고압방전등의 안정기회로.
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