KR100625176B1 - 전자식 안정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 스위치의 스위칭 동작시 발생되는 발열량을 안정적으로 저감시키는 전자식 안정기에 관한 것으로, 특히 램프를 점등시키는데 필요한 고주파를 발생하는 램프 구동부가 교류의 상용 전원을 직류로 변환하여 출력하는 전원부(10)에 병렬 접속되며 교번적으로 스위칭되는 제1 및 제2 반도체 스위치(Q1,Q2)와; 상기 제1 및 제2 반도체 스위치(Q1,Q2)의 출력단에 각각 접속된 제1 및 제2 보조 인덕터(L1,L2)와; 상기 제1 및 제2 보조 인덕터(L1,L2)의 출력단에 공통 접속된 주 인덕터(Lm)를 포함하되; 상기 주 인덕터(Lm)는 보조 인덕터(L1,L2)에 비해 그 크기가 매우 큰 값으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 따른 전자식 안정기는 부하 전류의 변동량을 제한하여 일정한 크기로 유지할 수 있음에 따라 광범위한 부하 전압에서 반도체 스위치의 스위칭 동작시 발생되는 발열량을 안정적으로 저감시킬 수 있다.

전자식 안정기, 반도체 스위치, 발열량, 인덕터

Description

전자식 안정기{Electornic Ballast}

도 1은 종래의 전자식 안정기의 요부를 나타낸 회로도,

도 2 및 도 3은 종래의 전자식 안정기를 통한 발열량 저감 방법을 설명하기 위한 신호 파형도.

도 4는 본 발명에 따른 전자식 안정기의 요부를 나타낸 회로도,

도 5는 본 발명의 전자식 안정기를 통한 발열량 저감 방법을 설명하기 위한 신호 파형도.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 전원부

20 : 부하(램프)

Q1,Q2 : 반도체 스위치

L1,L2 : 보조 인덕터

Lm : 주 인덕터

C : 방전용 콘덴서

D1,D2 : freewheeling 다이오드

본 발명은 전자식 안정기에 관한 것으로, 특히 반도체 스위치의 스위칭 동작시 발생되는 발열량을 안정적으로 저감시킬 수 있는 전자식 안정기에 관한 것이다.

일반적으로, 안정기는 부성저항특성을 갖는 램프의 안정된 방전을 유도하는 장치로, 쵸크코일과 누설트랜스 및 대용량의 콘덴서를 사용하는 자기식 안정기와 60Hz 교류의 상용 전원을 정류하여 직류로 만들고 이를 높은 고주파로 변환하여 램프를 점등시키는 전자식 안정기가 있다.

자기식 안정기는 비교적 가격이 저렴하다는 장점을 갖고 있으나, 램프에서 빛으로 소비되는 전력 이외에 안정기 자체의 철심과 동선에 의한 발열로 인해 많은 전력 손실이 발생하여 전력효율이 낮으며, 60Hz의 상용 전원으로 램프를 점등시킴에 따라 깜박임이 발생한다는 문제점이 있다. 더욱이, 전력 사정이 나쁘거나 안정기가 노후화 된 경우에 주위 온도가 낮거나 습도가 높으면 깜박임이 더욱 심해지고 가청잡음이 발생할 뿐만 아니라 심지어는 램프가 점등되지 않는 경우도 발생한다는 문제점이 있다.

반면, 전자식 안정기는 고주파 전원으로 램프를 점등시킴에 따라 자기식 안정기와 비교하여 발광 효율이 약 20% 정도 향상되며, 반도체 소자를 사용함에 따라 초크코일에서의 발열로 인한 손실을 약 25%정도 줄일 수 있으므로 사실상 자기식 안정기에 비해 35% 이상의 절전 효과를 얻을 수 있다.

또한, 전자식 안정기는 에너지 절약 효과뿐만 아니라 고주파 점등이기 때문에 눈으로 감지할 수 없는 양질의 빛을 공급하여 시력을 보호할 수 있으며, 자기식 안정기의 초크 코일과 철심에 의해 발생되는 전자력의 진동에 의한 소음까지도 제거할 수 있다. 더욱이, 전자식 안정기는 자기식 안정기에 비해 무게가 적고 안정기 자체의 발열도 10℃ 이상 낮으며, 저전압에서도 점등된다는 등의 많은 장점을 가지고 있어 최근에는 전세계적으로 전자식 안정기의 채택이 권장되고 있다.

도 1은 상기된 전자식 안정기를 설명하기 위한 도면으로, 램프를 점등시키는데 필요한 고주파를 발생하는 종래의 전자식 안정기의 요부인 램프 구동부를 나타낸 회로도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 종래의 전자식 안정기의 램프 구동부는 교류의 상용 전원을 직류로 변환하여 출력하는 전원부(10), 이 전원부(10)의 출력 전압을 부하(20), 즉 램프를 점등시키는데 필요한 고주파 전압 및 전류를 생성하기 위한 반도체 스위치(Q)와 인덕터(L), 상기 부하(20)에 병렬 접속된 방전용 콘덴서(C), 스위치(Q)가 꺼졌을 때 인덕터 전류를 순환시키는 경로를 제공하는 freewheeling 다이오드(D)를 구비하고 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 전자식 안정기에서는 반도체 스위치(Q)의 스위칭 동작 시 열이 발생하게 되는데, 이를 저감시키기 위하여 종래의 전자식 안정기는 반도체 스위치(Q)가 온되는 순간에 인덕터(L)에 흐르는 전류가 영이 되도록 제어하고 있다. 즉, 인덕터(L)의 시정수와 반도체 스위치(Q)의 스위칭 주파수를 조절하여 반도체 스위치(Q)가 온되는 순간에 인덕터(L)에 흐르는 전류가 영이 되도록 제어하고 있다.

예를 들어, 도 2에 도시된 것처럼 인덕터(L)에 흐르는 전류가 영이 되고난 이후에 반도체 스위치(Q)를 온시키거나, 도 3에 도시된 것처럼 인덕터(L)에 흐르는 전류가 영이 되는 순간에 반도체 스위치(Q)를 온시켜 발열량을 저감시키고 있는데, 이를 위해서는 부하(20)의 전압이 적절히 높아서 인덕터(L)에 흐르는 전류를 충분히 감쇄시킬 수 있어야 하고, 또한 부하(20)의 전압이 일정하게 유지되어야 한다.

따라서, 부하(20)의 전압이 너무 낮거나 부하의 전압이 광범위하게 변동하는 경우에는 반도체 스위치(Q)가 온되는 순간에 인덕터(L)에 흐르는 전류가 영이 되지 않을 수 있으며, 이로 인해 반도체 스위치(Q)에서 많은 량의 열이 발생하여 안정기의 효율을 저하시킬 수 있다는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 부하 전류의 변동량을 제한하여 일정한 크기로 유지하고, 부하의 전압이 광범위하게 변동하는 경우에도 안정적으로 반도체 스위치의 스위칭 동작 시 발생되는 발열량을 저감시킬 수 있는 전자식 안정기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 보조 인덕터보다 상대적으로 큰 주 인덕터를 통해 부하 전류의 변동량을 제한하여 일정한 크기로 유지하고, 보조 인덕터를 이용하여 반도체 스위치의 스위칭 동작시 발생되는 발열량을 안정적으로 저감시키도록 하는 것이다.

본 발명은, 램프를 점등시키는데 필요한 고주파를 발생하는 램프 구동부를 구비하는 전자식 안정기에 있어서: 상기 램프 구동부는, 병렬 접속된 제1 및 제2 보조 인덕터와, 상기 보조 인덕터에 공통 접속된 주 인덕터를 통해 교번적으로 스위칭되는 제1 및 제2 반도체 스위치를 거쳐 인가되는 전류의 크기를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성은, 상기한 구성과 더불어, 상기 주 인덕터는 보조 인덕터에 비해 그 크기가 매우 큰 값으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구성은, 상기한 구성과 더불어, freewheeling 다이오드가 각 반도체 스위치와 각 보조 인덕터 사이에 연결된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 전자식 안정기를 나타낸 회로도로, 램프를 구동시키는데 필요한 전압 및 전류를 생성하는 본 발명에 따른 전자식 안정기의 요부인 램프 구동부를 나타낸 회로도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 교류의 상용 전원을 직류로 변환하여 출력하는 전원부(10)에 교번적으로 스위칭되는 제1 및 제2 반도체 스위치(Q1,Q2)가 병렬 접속되어 있으며, 이 제1 및 제2 반도체 스위치(Q1,Q2)의 출력단에 각각 제1 및 제2 보조 인덕터(L1,L2)가 접속되어 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 보조 인덕터(L1,L2)의 출력단에는 주 인덕터(Lm)가 공통 접속되어 있는데, 상기 주 인덕터(Lm)는 보조 인덕터(L1,L2)에 비해 그 크기가 매우 큰 값으로 구성되어 있다.

아울러, 상기 주 인덕터(Lm)의 출력단에는 부하(20)인 램프가 접속되어 있으며, 상기 부하(20)와 주 인덕터(Lm)의 사이에는 방전용 콘덴서(C)가 장착되어 있다.

게다가, freewheeling 다이오드(D1, D2)가 각 반도체 스위치(Q1,Q2)와 각 보조 인덕터(L1,L2)사이에 연결되어, 반도체 스위치(Q1,Q2)가 꺼졌을 때 인덕터 전류의 순환 경로를 제공한다.

다음에는 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전자식 안정기의 동작 방법을 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 전자식 안정기를 통한 발열량 저감 방법을 설명하기 위한 신호 파형도로, 도면에 도시된 바와 같이 제1 반도체 스위치(Q1)에 구동 신호가 인가되기 직전, 제2 보조 인덕터(L2)를 통해 전류(L2 CURRENT)가 흐르고 있다.

이와 같은 상태에서 제1 반도체 스위치(Q1)에 구동 신호가 인가되면 제1 반도체 스위치(Q1)로 인가되는 높은 직류전압이 제1 및 제2 보조 인덕터(L1,L2)와 주 인덕터(Lm)에 동시에 걸린다. 즉, 제1 보조 인덕터(L1)를 통해 주 인덕터(Lm)에 높은 직류전압이 인가되는 동시에 제2 보조 인덕터(L2)에도 높은 직류전압이 인가된다.

제2 보조 인덕터(L2)는 주 인덕터(Lm)에 비해 상대적으로 그 크기가 매우 작으므로, 제2 보조 인덕터(L2)에 흐르는 전류(L2 CURRENT)의 변화량은 매우 크게 된다. 반면, 주 인덕터(Lm)는 제2 보조 인덕터(L2)에 비해 그 크기가 상대적으로 매 우 크므로, 주 인덕터(Lm)에 흐르는 전류(Lm CURRENT)의 변화량은 매우 작게 된다.

즉, 제1 반도체 스위치(Q1)에 구동신호에 인가되면 제1 보조 인덕터(L1)의 전류(L1 CURRENT)는 영에서 상승하기 시작하여 주 인덕터(Lm)의 전류값에 이르게 된다. 이때, 제2 보조 인덕터(L2)에 흐르는 전류(L2 CURRENT)는 제1 보조 인덕터(L1)에 흐르는 전류가 상승함에 따라 감소하게 된다.

또한, 제2 반도체 스위치(Q2)에 구동신호가 인가될 때에도 상기와 동일한 방식으로 동작하게 된다. 즉, 제2 보조 인덕터(L2)의 전류(L2 CURRENT)는 상승하고 제1 보조 인덕터(L1)의 전류(L1 CURRENT)는 감소하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 전자식 안정기를 사용하면 부하의 전류을 일정하게 유지할 수 있으며, 또한 반도체 스위치가 온되는 순간에 인덕터에 흐르는 전류가 영이 되도록 제어할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 직류 전원을 출력하는 전원부에 병렬 접속되어 교번적으로 스위칭되는 제1 및 제2 반도체 스위치와, 이 반도체 스위치에 각각 접속된 제1 및 제2 보조 인덕터와, 상기 제1 및 제2 보조 인덕터의 출력단에 공통 접속되며 상기 보조 인덕터에 비해 그 크기가 매운 큰 주 인덕터를 통해 부하 전류의 변동량을 제한하여 일정한 크기로 유지하고, 부하전압 변동시에도 반도체 스위치의 스위칭 동작시 발생되는 발열량을 안정적으로 저감시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 램프를 점등시키는데 필요한 고주파를 발생하는 램프 구동부를 구비하는 전자식 안정기에 있어서:

   상기 램프 구동부는,

   병렬 접속된 제1 및 제2 보조 인덕터와, 상기 보조 인덕터에 공통 접속된 주 인덕터를 통해 교번적으로 스위칭되는 제1 및 제2 반도체 스위치를 거쳐 인가되는 전류의 크기를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 주 인덕터는 보조 인덕터에 비해 그 크기가 매우 큰 값으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.

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