KR100686471B1

KR100686471B1 - 향상된 효율 및 개선된 출력특성을 갖는 전자식 안정기

Info

Publication number: KR100686471B1
Application number: KR1020050095397A
Authority: KR
Inventors: 신용호
Original assignee: 주식회사 화승전기
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-02-26

Abstract

본 발명은 방전등용 램프의 이상상태에 관계없이 개선된 출력특성 및 향상된 효율을 나타내는 전자식 안정기에 관한 것으로, 입력 교류신호를 정류하여 직류전압을 공급하는 정류부(200)와, 상기 정류부로부터 인가되는 전압을 공급받아 주어진 공진주파수로 발진하여 램프를 점등시키는 램프구동부(300)와, 상기 정류부로부터의 정류된 전압을 인가받아 상기 램프구동부의 발진에 의해 램프를 점등시키는 램프부(400")를 포함하는 방전램프용 전자식 안정기로서, 상기 램프부(400")의 램프의 각 전극을 예열하기 위한 필라멘트 양단에 각각, LC 회로(L4, C17; L5, C18)가 접속되어 이루어진다.

안정기, 램프구동부, 역전방지 다이오드, LC 직렬회로, 바이패스부

Description

향상된 효율 및 개선된 출력특성을 갖는 전자식 안정기{ELECTRONIC BALLAST HAVING THE HIGH EFFICIENCY AND IMPROVED OUTPUT CHARACTERISTIC}

도 1은 제1 종래의 출력특성이 보정되지 않은 전자식 안정기의 회로도.

도 2는 제2 종래의 개선된 출력특성을 갖는 전자식 안정기의 회로도.

도 3은 본 발명의 향상된 효율 및 개선된 출력특성을 갖는 전자식 안정기의 회로도.

도 4는 도1의 회로에서의 램프의 전류 파형을 나타내는 파형도.

도 5는 도1의 회로에서의 제1 필라멘트의 전압 파형을 나타내는 파형도.

도 6은 도1의 회로에서의 제2 필라멘트의 전압 파형을 나타내는 파형도.

도 7은 도1의 회로에서의 제1 필라멘트의 전류 파형을 나타내는 파형도.

도 8은 도1의 회로에서의 제2 필라멘트의 전류 파형을 나타내는 파형도.

도 9는 도2의 회로에서의 램프의 전류 파형을 나타내는 파형도.

도 10은 도2의 회로에서의 제1 필라멘트의 전압 파형을 나타내는 파형도.

도 11은 도2의 회로에서의 제2 필라멘트의 전압 파형을 나타내는 파형도.

도 12는 도2의 회로에서의 제1 필라멘트의 전류 파형을 나타내는 파형도.

도 13은 도2의 회로에서의 제2 필라멘트의 전류 파형을 나타내는 파형도.

도 14는 도3의 회로에서의 램프의 전류 파형을 나타내는 파형도.

도 15는 도3의 회로에서의 제1 필라멘트의 전압 파형을 나타내는 파형도.

도 16은 도3의 회로에서의 제2 필라멘트의 전압 파형을 나타내는 파형도.

도 17은 도3의 회로에서의 제1 필라멘트의 전류 파형을 나타내는 파형도.

도 18은 도3의 회로에서의 제2 필라멘트의 전류 파형을 나타내는 파형도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 입력전원 공급부 200 : 정류부

300 : 램프구동부 310 : 바이패스부

320 : 입력전압 검출부 400, 400', 400" : 램프부

본 발명은 전자식 안정기의 개선에 관한 것으로, 특히 방전등용 램프의 이상상태에 관계없이 개선된 출력특성을 나타내면서 동시에 효율이 개선되는 전자식 안정기에 관한 것이다.

전자식 안정기는 안정기에 시동용 반도체 소자를 포함시킨 것으로, 그 스위칭 작용이나 전극 가열용 권선으로 전극을 예열하고 반도체 스위칭 작용으로 램프를 시동시키며, 점등 중에는 램프 전류 및 전극 가열용 권선에 의해 전극이 가열되 는 회로방식에 사용되는 안정기로서, 그 일예를 도1을 들어 설명한다.

도1에 도시된 바와 같은 제1 종래기술의 전자식 안정기는, 예를들어 220V 교류전원의 전압을 안정화시키도록 트랜스포머(F1, F2), 바리스터(RV1) 및 콘덴서(C1, C2) 로 이루어지는 입력전원 공급부(100)의 전압안정화부를 포함한다. 전압안정화부에서 안정화된 교류전압은 브리지 다이오드(D1-D4)로 이루어지는 정류부(200)에 의해 전파정류되며 전해콘덴서(C3)에 의해 평활화되어, 램프구동부(300)로 인가된다.

램프구동부는, 정류된 DC전원이 인가되는 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2); 제1 스위칭 트랜지스터(Q1)를 턴온하기 위한 변압기(T1)와 상기 변압기를 통해 또는 직접 상기 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)를 발진시키는 발진IC(U1)를 포함하는 발진부; 및 출력측 전압 및 입력측 전압을 검출하여 고전압일 경우에 상기 발진IC의 동작을 일시 정지시키도록 발진 IC의 구동전원을 바이패스시키기 위한 바이패스부(310) 및 입력측 전압을 검출하기 위한 검출부(320)를 포함하여 이루어진다.

제1 스위칭 트랜지스터(Q1)의 게이트단에는 게이트 저항(R2) 및 역류방지용 다이오드(D7) 및 정전압 다이오드(Z1)가 접속되며, 이는 변압기(T1)를 통해 발진 IC(U1)의 제1 출력단(Hout)에 커플링 콘덴서(C7)를 통해 접속된다.

한편, 제2 스위칭 트랜지스터(Q2)의 게이트는 저항 R5를 통해 직접 발진 IC의 제 2 출력단(Lout)에 접속된다.

발진 IC(U1)는 초기 시동시, 저항(R11, R12)을 통해 정류된 전압이 인가되어 충전되는 콘덴서(C10)에 충전된 소정치의 전압이 전원단자(Vcc)를 통해 인가됨으로써 비로소 발진동작을 행하게 되는 바, 상기 전원단자는 정전압 다이오드(Z2)에 의해 소정치의 전압이 일정하게 유지되며, 저항(R) 및 다이오드(D9)를 통해 출력단 변압기(T2)에 접속되며, 저항(R7)을 통해 단자(Rt)에 그리고 다시 저항(R3)을 통해 접지에 연결되어 있다. 이외에도 시정수 결정 소자 및 주파수 결정 소자들(C9, C6, R6)의 주변소자들이 상기 IC에 접속된다.

램프부(400)의 경우, 양 전극이 잡음방지용 콘덴서(C14)를 통해 접속되며, 램프(LAMP)의 타측 전극에는 콘덴서(C12, C13)가 전원 및 접지 단자와 각각 접속되는 점은 일반적인 형광등 회로와 동일하다.

아울러, 램프부(400)의 램프(LAMP)는 변압기(T2)를 통해 램프구동부의 발진IC(U1)의 전원 단자(Vcc)와 저항(R)을 통해 접속되며, 발진 IC의 발진 동작에 의한 스위칭용 트랜지스터(Q1, Q2)의 스위칭에 의해 고전압으로 점등된다.

이제 입력측 전압 검출부(320) 및 바이패스부(310)에 대해 설명하면, 제2 스위칭용 트랜지스터(Q2)의 소오스측이 저항(R2)을 통해 접지되는 바, 이는 다시 저항(R3) 및 다이오드(D12)를 통해 입력전압 검출부(320)에 접속되며, 한편 상기 입력전압 검출부는 정류부(200)의 일측에 접속되는 분압저항 R14 및 R15의 접속점에 다이오드(D13) 및 정전압 다이오드(Z3)를 통해 접속된다. 상기 분압저항 R5와 콘덴서(C15)가 병렬로 접속된다.

따라서, 상기 입력전압 검출부(320)의 출력단은 바이패스부(310)의 소신호 스위칭 소자인 사이리스터(Q3)의 게이트 단자에 접속된다. 상기 사이리스터의 애노 드측은 발진 IC(U1)의 전원 단자(Vcc)에 접속됨과 동시에, 저항(R2)을 통해 램프(LAMP)의 일측 단자(BL2)에 접속되며, 캐소드측은 접지된다. 상기 게이트 단자와 접지단자는 RC 병렬회로(R10, C11)가 삽입된다.

상기 회로의 동작을 간략히 설명하면, 제2 트랜지스터(Q2)의 소오스로의 출력이 다이오드(D12)를 통해 바이패스용 사이리스터(Q3)의 게이트단에 인가되는 바, 만약 램프가 냉각된 상태와 같이 이상상태에서 램프구동시에는 제2 트랜지스터에 과전류가 발생되어 바이패스용 사이리스터를 턴온하게 되므로, 결국 발진 IC의 동작을 정지시켜 램프로의 과대출력이 출력되는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다. 입력전압이 과대전압인 경우에도 마찬가지의 동작으로 램프를 보호하게 된다.

즉, 시동 초기에 램프에 인가되는 초기전류를 낮게 인가하면서 시간을 지연하게 되며, 이 시간 동안 일시적인 충격을 완화하며 충분한 예열전류를 공급하게 된다. 따라서, 시동 초기에 피크전류의 발생을 방지하는 것이 가능하게 된다.

그러나, 상기 제1 종래기술의 회로는, 램프 자체에서 발생하는 과전압의 방지에 대해서는 소홀한 점이 있었다. 따라서, 램프에서 9V 정도의 과전압이 걸리게 되므로, 램프를 오프하면 냉점 포인트에서 수은 성분이 모이게 되므로, 소위 흑화 현상을 보이게 된다는 문제점이 있다.

한편, 본 발명자는 이를 개선하기 위해 특허출원 제 2002-21167호의 안정기 회로를 발명하였었는 바, 이와 같은 제2 종래기술의 안정기 회로는 램프부의 각 전극을 예열하기 위한 필라멘트 양단에 역류방지용 다이오드(D10, D11)가 접속되어 있어, 예를들어 필라멘트 저항이 약 3-10Ω일 때, 필라멘트 전압은 3-10V 정도로 변화하며, 소비전력은 대략 1.7W가 되나 경우에 따라서 3W까지 되기도 한다. 그러나, 상기 제2 종래기술의 안정기에 의하면, 필라멘트 양단에 역류방지 다이오드를 추가함으로써 일측 방향으로만 전류를 허용하기 때문에 전압이 3V까지만으로 억제되고 결국 흑화현상을 보다 효과적으로 방지할 수 있고, 전력소모도 감소시킬 수 있다.

본 명세서의 도2에 도시된 안정기 회로 역시 발진 IC에 의해 스위칭 소자(Q1,Q2)의 스위칭이 이루어진다는 점을 제외하면, 램프부(400')의 각 전극의 필라멘트 사이에 역류방지용 다이오드(D15, D16)가 접속된다는 점에서, 본 발명자의 특허출원 제 2002-21167호의 안정기 회로와 기술적 사상이 동일하다.

이와같은 제2 종래기술의 안정기 회로는 흑화현상을 방지할 수 있는 장점이 있기는 하나, 여전히 효율개선은 되지 않는다. 즉, 소비전력당 밝기 지수인 전력변환율 [Lumen/W] 의 경우, 표준안정기를 80 [Lumen/W] 으로 잡고, 표준안정기의 108%의 전력변환율을 가져오는 방전등을 2등급으로 분류하고, 표준안정기의 119%의 전력변환율을 가져오는 조명기기를 1등급으로 분류하고 있는 바, 종래 2등급까지는 일반적인 방법으로도 가능하였지만, 1등급의 조명기기를 구현하기 위해서는 여러가지 개선을 가하여야 하기 때문에 가격이 월등히 높아진다는 문제점이 있어 쉬이 구현되지 못하는 현실이었다. 그리고, 이는 일반적인 방법으로는 출력단에서 1.7W의 손실을 줄이지 못하는 이유 때문이었다.

상기 제2 종래기술의 경우에도, 램프의 필라멘트에는 고주파 성분이 포함되며, 이는 불필요하게 필라멘트를 가열하게 되고, 비록 출력단에서 3-4V의 전압 강하 효과가 있기는 하나, 여전히 1등급의 조명기기의 구현은 어려움이 있었다.

본 발명은, 이상의 종래의 방전등용 램프를 구동하기 위한 전자식 안정기의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 별다른 코스트의 증가 없이도, 램프 초기 점등시와 같은 이상상태에서도 개선된 출력을 나타내면서 흑화현상을 방지하고, 게다가 전력변환율을 획기적으로 개선하기 위한 전자식 안정기를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적이나 효과는, 첨부한 도면을 참고하여 기술한 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자식 안정기는, 입력 교류신호를 정류하여 직류전압을 공급하는 정류부(200)와, 상기 정류부로부터 인가되는 전압을 공급받아 주어진 공진주파수로 발진하여 램프를 점등시키는 램프구동부(300)와, 상기 정류부로부터의 정류된 전압을 인가받아 상기 램프구동부의 발진에 의해 램프를 점등시키는 램프부(400")를 포함하는 방전램프용 전자식 안정기로서, 상기 램프부(400")의 램프의 각 전극을 예열하기 위한 필라멘트 양단에 각각, LC 회로(L4, C17; L5, C18)가 접속되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하기로는, 상기 램프구동부(300)는, 바이패스부(310) 및 입력전압 검출부(320)를 포함하는 것을 특징으로 하며,

더욱 바람직하기로는, 상기 입력전압 검출부(320)는, 스위칭용 트랜지스터(Q2)의 소오스측에 저항(R3) 및 다이오드(D12)를 통해 접속되며, 동시에 상기 정류부(200)의 출력단에 접속되어 정류된 전압을 검출하는 분압저항(R14 및 R15)의 접속점에 다이오드(D13) 및 정전압 다이오드(Z3)를 통해 접속되며, 그 출력단은 바이패스부(310)의 스위칭 소자(Q3)의 게이트 단자에 접속되며, 상기 바이패스부(320)는, 발진부(U1)에 접속됨과 동시에, 저항(R2)을 통해 램프(LAMP)의 일측 단자(BL2)에 접속되어, 과전압 검출시 발진부의 동작 전압을 접지로 바이패스시켜 그 동작을 정지시키는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면 도3을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 설명의 간략화를 위해, 상기 도면에서 종래의 안정기 회로에서와 동일한 기능을 갖는 소자는 동일한 부재번호 및 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

도3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 관한 전자식 안정기 역시, 도1 및 도2의 종래의 전자식 안정기와 동일하게 전압안정화를 위한 입력전원 공급부(100), 정류부(200), 램프구동부(300) 및 램프부(400, 400', 400")를 가지게 되며, 이외에도 전해콘덴서(C3) 및 램프의 타측 단자에 접속되어 있는 콘덴서(C12, C13)를 갖는다.

다만, 램프부에 있어 상이한 바, 도3의 본 발명에 관한 안정기에서의 램프부 (400")는, 각 전극의 필라멘트 양단에 도2의 역전방지 다이오드(D15; D16) 대신 병렬로 LC직렬회로(L4, C17; L5, C18)가 삽입된다.

따라서, 각 전극의 필라멘트 양단에 LC회로(L4, C17; L5, C18)를 삽입한다는 간단한 방식으로, 인버터에서 들어오는 노이즈에 포함되는 고주파 성분을 LC회로가 필터링하여 손실을 줄이게 되므로 꼭 필요한 성분만 남게 되어 결국 효율이 획기적으로 개선되는 것이다.

이상 본 발명을 첨부도면에 도시된 실시예들을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자가 용이하게 생각해 낼 수 있는 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 한계는 다음의 특허청구범위에 의해서만 한정되어야 한다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 안정기에 의하면, 간단한 방식으로 흑화를 방지하면서 효율도 개선하는 안정기를 제공하는 것이 가능하다.

도 4 내지 도 8은 각각, 도1의 제1 종래기술의 안정기 회로에서의 램프의 전류 파형, 제1 필라멘트의 전압 파형, 제2 필라멘트의 전압 파형, 제1 필라멘트의 전류 파형 및 제2 필라멘트의 전류 파형을 나타내는 파형도이며,

도 9 내지 도 13은 각각, 도2의 제2 종래기술의 안정기 회로에서의 램프의 전류 파형, 제1 필라멘트의 전압 파형, 제2 필라멘트의 전압 파형, 제1 필라멘트의 전류 파형 및 제2 필라멘트의 전류 파형을 나타내는 파형도이며,

도 14 내지 도 18은 각각, 도3의 본원발명의 안정기 회로에서의 램프의 전류 파형, 제1 필라멘트의 전압 파형, 제2 필라멘트의 전압 파형, 제1 필라멘트의 전류 파형 및 제2 필라멘트의 전류 파형을 나타내는 파형도이다.

도 14 내지 도 18에서 보는 바와 같이, 본원발명의 안정기 회로에서는 필라멘트에 걸리는 전압 및 전류 모두에 있어 개선된 출력 특성 및 향상된 효율을 보이고 있음을 확인할 수 있다.

표 1은, 동일한 입력 조건에서 이러한 개선을 수치적으로 보여주고 있는 바, 특히 필라멘트 전압에 있어, 제 종래기술의 경우 9.52V 및 8.70V에서, 제2 종래기술의 경우 6.60V 및 7.42V로 개선되었으며, 다시 본원발명의 경우 4.00V 및 3.65V로 더욱 개선되었으며, 결국 대단히 효율이 향상되었음을 확인할 수 있다.

Claims

입력 교류신호를 정류하여 직류전압을 공급하는 정류부(200)와, 상기 정류부로부터 인가되는 전압을 공급받아 주어진 공진주파수로 발진하여 램프를 점등시키는 램프구동부(300)와, 상기 정류부로부터의 정류된 전압을 인가받아 상기 램프구동부의 발진에 의해 램프를 점등시키는 램프부(400")를 포함하는 방전램프용 전자식 안정기로서,

상기 램프부(400")의 램프의 각 전극을 예열하기 위한 제1 필라멘트의 제1 전극 및 제2 전극의 양단에 제1 LC 회로(L4, C17)가 접속되고, 제2 필라멘트의 제1 전극 및 제2 전극의 양단에 제2 LC 회로(L5, C18)가 접속되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 향상된 효율 및 개선된 출력특성을 갖는 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서,

상기 램프구동부(300)는, 바이패스부(310) 및 입력전압 검출부(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 향상된 효율 및 개선된 출력특성을 갖는 전자식 안정기.
제 2 항에 있어서,

상기 입력전압 검출부(320)는, 스위칭용 트랜지스터(Q2)의 소오스측에 저항(R3) 및 다이오드(D12)를 통해 접속되며, 동시에 상기 정류부(200)의 출력단에 접속되어 정류된 전압을 검출하는 분압저항(R14 및 R15)의 접속점에 다이오드(D13) 및 정전압 다이오드(Z3)를 통해 접속되며, 그 출력단은 바이패스부(310)의 스위칭 소자(Q3)의 게이트 단자에 접속되며,

상기 바이패스부(310)는, 발진부(U1)에 접속됨과 동시에, 저항(R2)을 통해 램프(LAMP)의 일측 단자(BL2)에 접속되어, 과전압 검출시 발진부의 동작 전압을 접지로 바이패스시켜 그 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 향상된 효율 및 개선된 출력특성을 갖는 전자식 안정기.