KR100614726B1 - Arc-Fault Detection Circuit in the High Voltage Inverter System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 네온램프 및 냉음극 형광램프, 외부전극 형광램프 등의 고압 방전등에 사용되는 고전압 인버터의 아크 누전 검출회로(10)로써 고전압이 인가되는 2차측이 접지, 프레임 등 및 다른 도체와 인접 또는 접촉하여 아크가 발생하게 되면, 1차측 전원 공급단의 직류 평활용 콘덴서나 역률 보상회로의 출력 콘덴서 또는 하프브리지 회로의 직렬 콘덴서에서 전압변화를 검출하여 전압의 크기로 변환하는 회로와 이 전압의 크기를 설정전압(V_r)과 비교하여 1차측 제어기(20)의 동작을 제한함으로써 고전압 인버터 2차측으로의 전력공급을 차단하는 회로로 구성된다.According to the present invention, the arc leakage detection circuit 10 of a high voltage inverter used for high-pressure discharge lamps such as neon lamps, cold cathode fluorescent lamps, and external electrode fluorescent lamps has a secondary side to which a high voltage is applied is adjacent to ground, a frame, and other conductors. When an arc is generated by contact, a circuit that detects a voltage change and converts it into a magnitude of voltage in a DC smoothing capacitor of a primary power supply stage, an output capacitor of a power factor correction circuit, or a series capacitor of a half-bridge circuit and a magnitude of the voltage Is limited to the set voltage (V_r) by limiting the operation of the primary side controller 20, the circuit is configured to cut off the power supply to the secondary side of the high voltage inverter.
본 발명은 고전압 인버터의 1차측에 간단한 회로를 부가하여 2차측의 부하 연결 선로 상의 아크 발생을 검출함으로써 저렴한 비용으로 인버터의 안정성과 신뢰성을 향상하고 아크 발생으로 인한 화재 및 감전을 조기에 경고하고 방지할 수 있도록 한다.The present invention adds a simple circuit to the primary side of the high voltage inverter to detect arc generation on the load connection line on the secondary side, thereby improving the stability and reliability of the inverter at low cost, and early warning and preventing fire and electric shock due to the arc generation. Do it.
아크 검출, 고전압 인버터, 고압 방전등, 네온램프, CCFL, EEFLArc detection, high voltage inverter, high voltage discharge lamp, neon lamp, CCFL, EEFL
Description
도 1은 고전압 인버터에서 트랜스(60) 2차측에 아크 누전이 발생할 때 1차측 입력전압의 변화를 나타내는 파형도이다.FIG. 1 is a waveform diagram illustrating a change in primary input voltage when an arc leakage occurs on a secondary side of a
도 2는 본 발명에 의한 아크 누전 검출을 위한 기본 회로도이다.2 is a basic circuit diagram for arc short circuit detection according to the present invention.
도 3은 도 2의 본 발명에 의한 아크 누전 검출을 이용하여 스위칭 제어기(20)의 동작을 제한하기 위해 스위칭 제어기 내부의 전압 비교기에 연결되는 실시예를 나타나내는 구성도이다.3 is a block diagram showing an embodiment connected to the voltage comparator inside the switching controller to limit the operation of the
도 4은 도 2의 본 발명에 의한 아크 누전 검출을 이용하여 외부의 전압 비교기(30)를 통해 아크 누전을 판정하는 실시예를 나타나내는 구성도이다.FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment in which an arc short circuit is determined through an
도 5는 도 2의 본 발명에 의한 아크 누전 검출을 이용하여 외부의 기준전압 비교기(40)를 통해 아크 누전을 판정하여 스위칭 제어기(20)의 동작을 제한함으로써 인버터 2차측의 고압인가를 방지하는 실시예를 나타나내는 구성도이다.5 is used to prevent the application of high voltage on the secondary side of the inverter by limiting the operation of the
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 아크 누전 검출회로10: arc leakage detection circuit
20 : 스위칭 제어기20: switching controller
30 : 전압 비교기30: voltage comparator
40 : 기준전압 비교기(Voltage Reference)40: Voltage Reference Comparator
50 : 스위치50: switch
60 : 트랜스포머60: transformer
70 : 입력전압 평활 콘덴서70: input voltage smoothing capacitor
D1,D2 : 다이오드D1, D2: Diode
C1,C2 : 콘덴서C1, C2: Capacitor
R1 : 더미저항R1: dummy resistance
본 발명은 전기회로의 안전성과 신뢰성을 제공하는 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 고전압 인버터에서 아크 누전을 조기에 검출하여 경고하여 주는 방법과 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for providing safety and reliability of an electric circuit. In particular, the present invention relates to a method and apparatus for early detection and warning of arc leakage in a high voltage inverter.
네온램프 및CCFL, EEFL등의 고압 방전등에 사용되는 고전압 인버터는 다음과 같은 보호방법을 채용하여 사용된다.High voltage inverters used in high-voltage discharge lamps such as neon lamps and CCFL, EEFL are adopted by adopting the following protection methods.
a) 단락 또는 과부하가 발생시 전류를 차단하여 위험한 과전류를 방지한다. 이는 전원 입력단에 휴즈를 사용하거나 인버터 1차측의 전류를 검출하여 일정 전류이상으로 판단될 경우 스위칭 제어기(20)의 동작을 제한하는 방법으로 이루어진다.a) Cut off the current in the event of a short circuit or overload to prevent dangerous overcurrent. This is a method of limiting the operation of the
b) 저부하 또는 무부하 상태일 때 스위칭 제어기(20)의 동작을 제한함으로써 출력측에 고전압이 인가되는 것을 방지한다.b) By restricting the operation of the
c) 입력전압 범위를 벗어난 전원공급시 스위칭 제어기(20)의 동작을 제한하여 시스템을 보호한다.c) Protect the system by limiting the operation of the
다른 종류의 전기고장으로서는 2차측 출력단과 공극으로 분리되어 있는 인접한 도체 사이에 전류가 흐르는 경우에 나타나는 아크 누전이 발생할 수 있다. 고전압 인버터의 아크 누전은 2차측의 형성된 높은 주파수의 고전압으로 인해 방전등이 설치 고정되는 도체 또는 접지 사이에 쉽게 발생될 수 있으며, 이는 인버터의 고장을 초래할 수 있고, 나아가 아크 발생 부위에서의 온도상승으로 인한 화재 및 감전에 의한 인명사고의 원인이 될 수 있다.As another type of electrical failure, arc leakage may occur when current flows between the secondary output stage and adjacent conductors separated by voids. Arc leakage of a high voltage inverter can easily occur between the conductor or ground where the discharge lamp is installed and fixed due to the high frequency of the high frequency formed on the secondary side, which may cause the inverter to fail, and furthermore, the temperature rise at the arc generating site. It may cause personal injury by fire and electric shock.
아크 발생시 전류는 부하저항에 의하여 제한을 받으며, 이때 전류가 단락 또는 과부하 설정치 이하이면 단락 또는 과부하 보호수단으로 방지될 수 없다. 더욱이 대부분의 고전압 인버터는 안전을 위해서 1차측과 2차측 사이에 전기적으로 절연되는 방식으로 구성되고 2차측 출력단과 외부의 도체사이에는 전류에 의한 직접적인 폐회로가 구성되지 않기 때문에, 1차측 전류증가로 검출되기 어렵다.When an arc occurs, the current is limited by the load resistance, and if the current is below the short or overload setting, it cannot be prevented by short circuit or overload protection. Moreover, since most high voltage inverters are configured in an electrically insulated manner between the primary side and the secondary side for safety, and there is no direct closed circuit by the current between the secondary output terminal and the external conductor, detection by primary current increase It's hard to be.
아크 발생에 대한 검출 및 경보는 화재를 예방하고, 뜻하지 않은 단전, 및 전기제품의 손상을 방지하는 역할을 하기 때문에 고전압 인버터를 사용하는 시스템에 있어서 그 필요성은 명백하다.The detection and alarm for arc generation plays a role in preventing fires, inadvertent power outages and damage to electrical appliances, so the need for systems using high voltage inverters is obvious.
종래에 아크 누전의 검출을 위한 여러 가지의 장치들이 소개되어 왔다. 그러나 대부분의 장치들은 전력망에 관계되는 것으로 고전압 인버터 회로에 적용하거나, 저렴한 비용으로 개별 인버터에 구현하기 곤란하다.Various devices have been introduced for the detection of arc leakage in the past. However, most of the devices are related to the power grid and are difficult to apply to high voltage inverter circuits or to implement individual inverters at low cost.
본 발명의 기술적 과제는 고전압 인버터 회로에서 아크 누전을 검출하여 인버터의 동작을 제한하기 위한 것으로, 고압 고주파 스위칭을 기반으로 하는 인버터에서는 아크 누전으로 인한 고주파 노이즈의 검출이 용의하지 않으며, 종래에 전력망에서의 아크 누전 검출방식을 적용할 수 없다. 인버터 2차측에서 아크 누전이 발생할 때, 인버터 1차측에 반영되는 상태변화를 관찰하면 급격한 부하변동에 따른 과도응답 상태와 유사하고, 이러한 과도응답 상태를 검출하여 인버터의 동작을 제한하는 방식으로 아크 누전에 따른 조기 경보를 제공하는 것이다.The technical problem of the present invention is to limit the operation of the inverter by detecting an arc short circuit in a high voltage inverter circuit. In an inverter based on high voltage high frequency switching, it is not easy to detect high frequency noise due to an arc short circuit. The arc leakage detection method at is not applicable. When the arc leakage occurs on the secondary side of the inverter, when the state change reflected on the primary side of the inverter is observed, it is similar to the transient response state caused by the sudden load change, and the arc leakage is detected by limiting the operation of the inverter by detecting such transient response state. To provide early warning.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징인 아크 누전 검출회로(10)는, 인버터 1차측의 에너지 저장소자인 평활용 콘덴서(70) 양단에 연결된다. 인버터 1차측의 평활용 콘덴서(70)는 교류입력을 전파정류 또는 반파정류하기 위해서 사용되며, 역률보상 회로의 출력 평활용으로 사용되는 경우도 있다. 또 입력전원이 직류일 경우, 트랜스포머에 전력을 공급하기 위해 전력단 앞에 사용되며, 하프 프릿지형 인버팅 방식을 사용하는 경우에는 두개의 콘덴서가 직렬로 구성되기도 한다. 이때 아크 누전 검출회로는 직렬로 연렬된 콘덴서 양단 또는 Low-side 콘덴서 양단에 연결될 수 있다.An arc short
도 2는 검출전압(V_s)를 발생시키기 위한 기본 회로이다.2 is a basic circuit for generating a detection voltage V_s.
인버터 2차측에 아크 누전이 발생하면 상기 콘덴서 양단전압(V_c)은 도1에서 제시된 예와 같은 전압변동이 반복적으로 발생한다. 이는 아크 누전으로 인한 불규칙적이고 급격한 부하변동에서 기인하며, 상기 전압변동을 아크 누전 감지회로의 다이오드(D1)와 직렬로 연결된 콘덴서(C1)를 통해 직류성분은 걸러내고 전압변동 부분만을 검출전압(V_s)으로 변환시킨다. 다이오드(D2)는 검출전압이 역방향으로 형성되는 것을 방지하는 역할을 하고, 콘덴서(C2)는 높은 주파수의 노이즈를 제거하여 검출전압이 직류 전압의 형태로 유지할 수 있도록 한다. 또 저항(R1)은 콘덴서(C2)의 축적된 전하를 천천히 소비시켜 아크 누전이 발생하지 않는 동안 검출전압(V_s)을 영전압으로 유지시키는 역할을 한다.When an arc leakage occurs on the secondary side of the inverter, the voltage variation across the capacitor V_c repeatedly occurs as in the example shown in FIG. This is caused by irregular and sudden load fluctuation due to arc leakage, and the voltage variation is filtered through the capacitor C1 connected in series with the diode D1 of the arc leakage detection circuit, and only the voltage fluctuation portion is detected. ). The diode D2 serves to prevent the detection voltage from being formed in the reverse direction, and the capacitor C2 removes noise of a high frequency to maintain the detection voltage in the form of a DC voltage. In addition, the resistor R1 slowly consumes the accumulated charge of the capacitor C2 to maintain the detection voltage V_s at zero voltage while no arc leakage occurs.
상기 검출전압(V_s)은 비교기(Comparator)나 Voltage Reference에 의해 설정된 기준전압(V_r)과 비교되고, 설정된 기준전압(V_r)보다 큰 전압변동이 감지되면 아크 누전이 발생한 것으로 판정한다.The detection voltage V_s is compared with a reference voltage V_r set by a comparator or a voltage reference, and it is determined that an arc short has occurred when a voltage change greater than the set reference voltage V_r is detected.
도 3은 스위칭 제어기(20) 내부의 오차증폭기나 비교기를 이용하는 실시예이고, 도 4는 외부 비교기(30)를 이용하여 아크 누전을 판정하는 실시예이다.3 illustrates an embodiment using an error amplifier or a comparator inside the
일단 아크 누전이 발생한 것으로 판정되면 이 신호는 래치되는 것이 바람직하다. 아크 누전이 감지되어 스위칭 제어기(20)의 동작을 제한하게 되면, 트랜스(60) 2차측의 고압인가로 인한 아크 누전이 차단되므로 상기 검출전압(V_s)은 유지되지 않는다. 그러므로, 아크 누전을 발생기키는 원인이 제거되고, 전원이 다시 투입될 때까지는 아크 누전 판정이 래치상태로 유지되는 것이 바람직하다. 이는 트립모드 동작이 가능한 제어기 입력단자를 이용하거나 제어기 외부에 래치회로를 추가하여 구현할 수 있다.Once it is determined that an arc short has occurred, this signal is preferably latched. When the arc short circuit is detected to limit the operation of the
도 5은 본 발명에 의한 고전압 인버터의 아크 누전 검출회로(10)를 사용하고 기준전압 비교기(40)를 이용하여 아크 누전을 판정하는 인버터의 실시예를 제시한 회로도이다.5 is a circuit diagram showing an embodiment of the inverter using the arc
상기 아크 누전 검출회로(10)는 스위칭 제어기(20)와 스위칭 회로(50), 고압 변압기(60) 등으로 구성되는 인버터에서 입력전압 평활 콘덴서(70)와 연결되어 아크 누전으로 발생하는 전압변화를 검출하여 기준전압 비교기(40)를 동작시킴으로써 스위칭 제어기(20)의 동작을 제한하는 방식으로 적용된다.The arc
본 발명은 간단한 회로구성을 통하여 고전압 인버터의 아크 누전을 감시하고, 이를 적절히 차단함으로써, 아크 누전으로 발생할 수 있는 화재 및 감전을 예방하고, 뜻하지 않은 단전, 및 전기제품의 손상을 방지하는 방법을 제공한다. 특히 고전압 인버터의 안전성을 향상시키는 효과가 있다.
The present invention provides a method of preventing arcing and electric shock that may occur due to arc leakage, and preventing accidental power failure and damage to electrical appliances by monitoring an arc leakage of a high voltage inverter through a simple circuit configuration and appropriately blocking it. do. In particular, there is an effect of improving the safety of the high voltage inverter.
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