KR100742248B1 - 안정기 및 그를 위한 역률 보상 회로 - Google Patents

안정기 및 그를 위한 역률 보상 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명의 안정기와 그를 위한 역률 보상 회로는 펄스폭 제어 방식으로 램프에 공급되는 전류를 일정하게 제어하는 것이며, 교류 전원으로부터 공급되는 전류를 전파 정류하여 출력하는 정류기; 상기 정류기의 출력을 밸리 전압의 최저치가 피크치의 최소한 30 퍼센트 이상이 되도록 역률을 보상하는 다이오드를 이용한 제 1 역률 보상부; 및 상기 제 1 역률 보상부의 출력을 구동하는 제 1 스위칭 소자와 그에 직렬 연결된 제 2 스위칭 소자를 구비하며, 상기 제 1 스위칭 소자는 상기 제 1 역률 보상부의 출력의 전압 레벨에 대응하여 펄스 폭이 가변되는 제 1 펄스 신호로써 구동되고, 상기 제 2 스위칭 소자는 일정한 펄스 폭을 갖는 제 2 펄스 신호로써 구동되며, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자들은 턴온 시간이 엇갈리게 동작되고, 상기 제 1 스위칭 소자의 턴온 시간이 상기 제 1 역률 보상부의 출력 전압 레벨에 대응하여 조절됨으로써 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자 사이에 연결되는 상기 램프로 공급되는 전류의 양을 제어하는 제 2 역률 보상부;를 구비한다.

Description

안정기 및 그를 위한 역률 보상 회로{BALLAST AND POWER FACTOR CORRECTION CIRCUIT THEREFOR}
도 1은 본 발명에 따른 역률 보상 회로를 적용한 안정기의 실시예를 나타내는 회로도.
도 2는 도 1의 실시예의 역률 보상을 설명하기 위한 파형도.
도 3은 트랜지스터 M1의 드레인 전압과 그의 게이트 신호의 상관 관계를 설명하기 위한 파형도.
도 4는 펄스폭 변조부의 동작을 설명하기 위한 파형도.
도 5는 SMPS에 적용된 실시예를 나타내는 회로도.
본 발명은 역률 보상 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펄스폭 제어 방식으로 램프에 공급되는 전류를 일정하게 제어할 수 있도록 개선시키는 역률 보상 회로와 그를 채용하여 램프를 구동하기 위하여 구성되는 안정기에 관한 것이다.
일반적으로 램프에 적용되는 전자식 안정기는 상용 전원 주파수(60Hz)를 고주파 변환회로를 사용하여 20KHz 내지 60KHz의 고주파로 변환시켜 램프를 점등시키 고, 과전류가 흐르지 않도록 전류를 조절하는 역할을 한다.
상술한 안정기는 전류 소모, 수명 개선 및 제품의 신뢰성 향상을 위하여 다양한 방법의 역률 보상 회로의 채용이 고려될 수 있다.
그 일예로, 다이오드 역률 보상 회로를 이용하여 주파수를 가변시켜서 고역률 및 저파고율을 구현하는 방법이 제시될 수 있다. 이 방법은 고가의 역률 보상 전용 집적 회로를 사용하지 않는 것으로 저가의 부품으로 역률 보상 및 저파고율을 실현할 수 있으나, 주파수 가변에 따라서 공진 회로의 효율 저하, 주파수 변화에 따른 EMI 특성 저하, 및 주파수 증가에 따른 스위칭 소자의 손실 증가와 같은 문제점을 안고 있다.
다른 예로, 역률 보상 전용 IC를 사용하는 방법이 제시될 수 있다. 이 방법은 고역률 및 저파고율을 구현하는데 가장 바람직할 것이나, 고가의 비용이 소요되며, 역률 보상 전용 IC를 채용하기 위하여 많은 부품이 필요한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 안정기에 채용되는 역률 보상 회로를 다이오드 역률 보상 회로를 이용하면서 고역률을 갖도록 구현하고, 고정 주파수를 가지며 펄스의 폭을 제어하여 저 파고율을 갖도록 구현함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전원의 역률을 보상하여 램프에 전원을 공급하는 안정기는, 교류 전원으로부터 공급되는 전류를 전파 정류하여 출력하는 정류기; 상기 정류기의 출력을 밸리 전압의 최저치가 피크치의 최소한 30 퍼센트 이상이 되도록 역률을 보상하는 다이오드를 이용한 제 1 역률 보상부; 및 상기 제 1 역률 보상부의 출력을 구동하는 제 1 스위칭 소자와 그에 직렬 연결된 제 2 스위칭 소자를 구비하며, 상기 제 1 스위칭 소자는 상기 제 1 역률 보상부의 출력의 전압 레벨에 대응하여 펄스 폭이 가변되는 제 1 펄스 신호로써 구동되고, 상기 제 2 스위칭 소자는 일정한 펄스 폭을 갖는 제 2 펄스 신호로써 구동되며, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자들은 턴온 시간이 엇갈리게 동작되고, 상기 제 1 스위칭 소자의 턴온 시간이 상기 제 1 역률 보상부의 출력 전압 레벨에 대응하여 조절됨으로써 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자 사이에 연결되는 상기 램프로 공급되는 전류의 양을 제어하는 제 2 역률 보상부;를 구비함을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 제 2 역률 보상부는, 상기 제 1 역률 보상부의 출력을 구동하는 제 1 스위칭 소자; 상기 제 1 스위칭 소자와 직렬로 연결되는 제 2 스위칭 소자; 상기 제 1 역률 보상부의 출력의 전압 레벨을 검출하는 검출 수단; 소정 주파수를 갖는 발진 신호를 제공하는 오실레이터; 미리 설정된 기준 전압과 상기 검출 수단에서 검출된 전압을 비교하고, 상기 비교 결과로써 상기 오실레이터에서 제공되는 발진 신호의 펄스폭을 변조하며, 상기 변조된 펄스 폭을 갖는 상기 제 1 펄스 신호를 생성하여 상기 제 1 스위칭 소자의 구동을 위하여 제공하는 제 1 구동 수단; 및 상기 오실레이터에서 제공되는 발진신호를 분주하여 상기 제 2 펄스 신호를 생성하여 상기 제 2 스위칭 소자의 구동을 위하여 제공하는 제 2 구동 수단;을 구비함이 바람직하다.
그리고, 상기 제 1 구동 수단은 상기 검출 수단에서 검출된 전압이 높으면 펄스폭이 감소되고 상기 검출수단에서 검출된 전압이 낮으면 펄스폭이 증가되게 상기 제 1 펄스 신호를 생성함이 바람직하다.
그리고, 상기 검출 수단은, 상기 램프에 직렬로 연결된 저항을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 오실레이터는 발진 주파수 조절을 위한 가변 저항 및 캐패시터를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자는 NMOS 트랜지스터를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 구동 수단은, 미리 설정된 기준 전압과 상기 검출 수단에서 검출된 전압을 비교하는 비교부; 상기 비교부의 상기 비교 결과로써 상기 오실레이터에서 제공되는 발진 신호의 펄스폭을 변조하는 펄스폭 변조부; 및 상기 펄스폭 변조부에서 출력되는 변조된 펄스 폭을 갖는 신호를 상기 제 1 스위칭 소자의 구동을 위한 상기 제 1 펄스 신호로 생성하여 제공하는 제 1 드라이버;를 구비함이 바람직하다.
그리고, 상기 제 2 구동 수단은, 상기 오실레이터에서 제공되는 발진신호를 분주하는 트리거 회로; 및 상기 트리거 회로에서 분주된 신호로써 상기 제 2 스위칭 소자의 구동을 위한 상기 제 2 펄스 신호로 생성하여 제공하는 제 2 드라이버;를 구비함이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 역률 보상부의 출력이 소정 레벨 이상의 과전류 상태, 주변 온도를 검출하여 정해진 온도 범위를 벗어난 상태, 및 상기 제 2 스위칭 수단을 통 하여 흐르는 전류의 양이 소정치 이상의 과전류 상태 중 최소한 하나 이상의 상태를 감지하는 검출 수단; 상기 검출 수단에서 출력되는 신호의 상태를 판단하는 셧다운 판단부; 및 상기 셧다운 판단부에서 출력되는 셧다운을 위한 신호를 제공받으면 상기 제 2 역률 보상부의 상기 제 1 스위칭 소자의 동작을 중지시키는 리스타트 제어부;를 더 구비할 수 있다.
여기에서, 상기 검출 수단은, 상기 제 1 역률 보상부의 출력이 소정 레벨 이상의 과전류 상태이면 그에 대응하는 검출 신호 출력하는 라인 전압 검출 수단; 주변 온도를 검출하여 정해진 사양을 벗어나면 그에 대응한 검출신호를 출력하는 온도 검출 수단; 상기 제 2 스위칭 수단을 통하여 흐르는 전류를 센싱하여 상기 램프에 과전류가 흐르는 상태이면 그에 대응한 검출 신호를 출력하는 부하 감지 수단; 중 최소한 하나 이상을 포함함이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 안정기는, 1차측의 전원을 2차측으로 유도하는 트랜스포머; 상기 트랜스포머의 1차측에 전원을 인가하는 전원 공급수단; 램프를 포함하며, 상기 트랜스포머의 2차측에 구성되어 상기 램프를 구동하는 2차측 회로; 및 상기 트랜스포머의 1차측에 연결되어 상기 전원의 역률을 보상하는 역률 보상 수단;을 구비하며, 상기 역률 보상 수단은, 상기 트랜스포머의 1차측의 구동을 위하여 구성되는 스위칭 수단; 상기 스위칭 수단에 인가되는 전압을 검출하는 검출 수단; 소정 주파수를 갖는 발진 신호를 제공하는 오실레이터; 상기 검출수단에서 검출된 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하는 비교수단; 상기 비교수단에서 비교된 결과에 따라 상기 오실레이터에서 제공되는 발진 신호의 펄스폭을 변조하여 출력하는 펄스폭 변조부; 및 상기 펄스폭 변조부의 출력을 상기 스위칭 수단을 구동하기 위한 펄스 신호로 제공하는 드라이버;를 구비함을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 전원 공급 수단은 상기 전원의 밸리 전압의 최저치가 피크치의 최소한 30 퍼센트 이상이 되도록 역률을 보상하는 다이오드를 이용한 역률 보상 수단을 포함함이 바람직하다.
그리고, 상기 드라이버는 상기 검출 수단에서 검출된 전압이 높으면 펄스폭이 감소되고 상기 검출수단에서 검출된 전압이 낮으면 펄스폭이 증가되게 상기 펄스 신호를 생성함이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 전원의 역률을 보상하여 램프에 공급하는 역률 보상 회로는, 상기 램프로 제공하는 전원을 구동하는 제 1 스위칭 소자; 상기 제 1 스위칭 소자와 직렬로 연결되며 상기 제 1 스위칭 소자와 턴온 시간이 엇갈리게 동작되는 제 2 스위칭 소자; 상기 전원의 전압 레벨을 검출하는 검출 수단; 소정 주파수를 갖는 발진 신호를 제공하는 오실레이터; 미리 설정된 기준 전압과 상기 검출 수단에서 검출된 전압을 비교하고, 상기 비교 결과로써 상기 오실레이터에서 제공되는 발진 신호의 펄스폭을 변조하며, 상기 변조된 펄스 폭을 갖는 상기 제 1 펄스 신호를 생성하여 상기 제 1 스위칭 소자에 제공함으로써, 상기 제 1 스위칭 소자의 턴온 시간을 상기 전원의 전압 레벨에 따라 조절하는 제 1 구동 수단; 및 상기 오실레이터에서 제공되는 발진신호를 분주하여 일정한 펄스 폭을 갖는 제 2 펄스 신호를 생성하여 상기 제 2 스위칭 소자로 제공하는 제 2 구동 수단;을 구비함을 특징으로 한다.
여기에, 상기 전원을 밸리 전압의 최저치가 피크치의 최소한 30 퍼센트 이상이 되도록 역률을 보상하는 다이오드를 이용한 역률 보상부가 더 구비되며, 상기 역률 보상부의 출력이 상기 제 1 스위칭 수단으로 구동을 위하여 제공될 수 있다.
그리고, 상기 제 1 구동 수단은 상기 검출 수단에서 검출된 전압이 높으면 펄스폭이 감소되고 상기 검출수단에서 검출된 전압이 낮으면 펄스폭이 증가되게 상기 제 1 펄스 신호를 생성할 수 있다.
그리고, 상기 검출 수단은, 상기 램프에 직렬로 연결된 저항을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 오실레이터는 발진 주파수 조절을 위한 가변 저항 및 캐패시터를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자는 NMOS 트랜지스터를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 구동 수단은, 미리 설정된 기준 전압과 상기 검출 수단에서 검출된 전압을 비교하는 비교부; 상기 비교부의 상기 비교 결과로써 상기 오실레이터에서 제공되는 발진 신호의 펄스폭을 변조하는 펄스폭 변조부; 및 상기 펄스폭 변조부에서 출력되는 변조된 펄스 폭을 갖는 신호를 상기 제 1 스위칭 소자의 구동을 위한 상기 제 1 펄스 신호로 생성하여 제공하는 제 1 드라이버;를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 제 2 구동 수단은, 상기 오실레이터에서 제공되는 발진신호를 분주하는 트리거 회로; 및 상기 트리거 회로에서 분주된 신호로써 상기 제 2 스위 칭 소자의 구동을 위한 상기 제 2 펄스 신호로 생성하여 제공하는 제 2 드라이버;를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 전원이 소정 레벨 이상의 과전류 상태이거나, 주변 온도가 정해진 온도 범위를 벗어난 상태이거나, 또는 상기 제 2 스위칭 수단을 통하여 흐르는 전류의 양이 소정치 이상의 과전류 상태 중 최소한 하나 이상의 상태를 감지하는 검출 수단; 상기 검출 수단에서 출력되는 신호의 상태를 판단하는 셧다운 판단부; 및 상기 셧다운 판단부에서 출력되는 셧다운을 위한 신호를 제공받으면 상기 제 1 구동 수단의 동작을 제어하여 상기 제 1 스위칭 소자의 동작을 중지시키는 리스타트 제어부;를 더 구비할 수 있다.
그리고, 상기 검출 수단은, 상기 전원이 소정 레벨 이상의 과전류 상태이면 그에 대응하는 검출 신호 출력하는 라인 전압 검출 수단; 주변 온도를 검출하여 정해진 사양을 벗어나면 그에 대응한 검출신호를 출력하는 온도 검출 수단; 상기 제 2 스위칭 수단을 통하여 흐르는 전류를 센싱하여 상기 램프에 과전류가 흐르는 상태이면 그에 대응한 검출 신호를 출력하는 부하 감지 수단; 중 최소한 하나 이상을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 안정기와 그를 위한 역률 보상 회로의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 다이오드를 이용한 역률 보상 회로를 이용함에 있어서 안정기의 고역률 및 저파고율을 구현하기 위한 역률 보상 회로를 구현하는 것이다.
도 1의 안정기는 상용 전원 Vin을 도 2의 (a)와 같이 전파 정류하는 정류회 로(10)와, 정류회로(10)의 출력을 도 2의 (b)와 같이 피크치 Vh에 비하여 최저치 VL가 30 퍼센트 이상 레벨을 갖도록 역률 보상하는 다이오드를 이용하는 제 1 역률 보상부(20)와, 제 1 역률 보상부(20)의 출력을 피크치에 비하여 최저치가 70 퍼센트 이상 바람직하게는 95퍼센트 이상의 레벨을 갖도록 역률 보상하는 제 2 역률 보상부(30)와, 제 2 역률 보상부(30)의 출력을 리액터 L와 평활용 캐패시터 CL와 스누브 회로(49)를 거쳐서 통하여 전달받아서 동작하는 램프(50), 및 주변 온도, 과전류 및 과부하 상태에 대한 보호 동작을 수행하는 보호 회로(40)를 구비한다.
보다 구체적으로 각 부품의 구성 및 동작을 설명한다.
도 1에서 정류회로(10)는 네 개의 다이오드를 포함하여 구성되며, 네 개의 다이오드는 전파 정류를 수행하기 위한 배치를 이룬다. 그에 따라 정류회로(10)는 사인파형을 갖는 상용 교류 전원 Vin을 도 2의 (a)와 같은 파형을 갖도록 전파 정류한다.
정류회로(10)의 전파 정류된 출력은 제 1 역률 보상부(20)로 제공되며, 제 1 역률 보상부(20)는 다이오드 D1, D2, D3, 캐패시터 C1, C2, 및 저항 R1을 포함한 사다리 구조(Ladder structure)를 갖는다. 구체적으로, 직렬 연결된 다이오드 D1과 캐패시터 C2 및 직렬 연결된 캐패시터 C1과 다이오드 D2가 각각 병렬로 정류회로(10)의 출력단에 연결되며, 이들 중 다이오드 D2와 캐패시터 C2는 접지에 연결되고, 다이오드 D1과 캐패시터 C1은 정류 회로(10)의 출력단에 병렬로 연결되며, 여기에 직렬 연결된 다이오드 D3와 저항 R1이 다이오드 D1과 다이오드 D2 사이에 연 결된다.
제 1 역률 보상부(20)는 도 2의 (b)와 같은 밸리(Vally) 특성(통상 50％ 정도)을 갖는 회로로 설계됨이 바람직하며, 제작자에 의하여 피크치 Vh에 비하여 최저치 VL가 30％ 이상의 밸리 특성을 갖는 것이 적용될 수 있다. 상기한 밸리 특성은 캐패시터와 저항 값의 설정으로 조정 가능하다.
그리고, 제 1 역률 보상부(20)에서 역률이 보상된 출력은 제 2 역률 보상부(30)로 전달되며, 제 2 역률 보상부(30)는 도 2의 (C)와 같이 역률을 보상함으로써 피크치 대비 최저치가 70 ％ 이상 바람직하게는 90％ 내지 95％ 이상의 밸리 특성을 갖도록 설계됨이 바람직하다. 그리고, 제 2 역률 보상부(30)의 출력은 인덕터 L과 평활용 캐패시터 CL와 역기전력 방지를 위한 스누브 회로(49)를 거쳐서 램프(50)로 전달되며, 램프(50)와 접지 사이에는 부하 저항 RL이 구성되며, 부하 저항 RL에 인가되는 전압이 피드백 전압으로서 제공된다.
여기에서, 제 2 역률 보상부(30)는 비교부(302), 펄스폭 변조부(304), 하이사이드 드라이버(306), 오실레이터(310), 트리거 회로(312), 로우 사이드 드라이버(314), 제 1 스위칭 소자인 NMOS 트랜지스터 M1, 및 제 2 스위칭 소자인 NMOS 트랜지스터 M2를 구비한다.
구체적으로, 제 1 역률 보상부(20)의 출력은 NMOS 트랜지스터 M1에 전달되며, NMOS 트랜지스터 M1은 NMOS 트랜지스터 M2와 직렬로 연결되며, NMOS 트랜지스터 M2와 접지 사이에 과부하 감지를 위한 저항 RS가 연결된다.
오실레이터(310)는 가변저항 ROSC와 캐패시터 COSC를 병렬로 구비하여 발진 신호를 출력하며, 이들 가변 저항 ROSC와 캐패시터 COSC에 의하여 오실레이터(310)에서 출력되는 발진 신호의 주파수가 결정되며, 임의로 가변저항 ROSC의 값을 조절함으로써 발진 신호의 주파수를 변경할 수 있다.
비교부(302)는 부하 저항 RL에 인가되는 피드백 전압과 기준 전압 VREF을 비교하여 그 결과에 해당하는 신호를 펄스폭 변조부(304)로 제공하며, 펄스폭 변조부(304)는 오실레이터(310)에서 제공되는 발진 신호의 펄스 폭을 비교부(302)에서 출력되는 신호에 따라 변조하여 출력하고, 하이 사이드 드라이버(306)는 펄스폭 변조부(304)에서 제공되는 신호를 제 1 펄스 신호로 생성하여 NMOS 트랜지스터 M1의 게이트 신호로 제공한다.
그리고, 트리거 회로(312)는 오실레이터(310)에서 제공되는 발진 신호를 이분주하여 출력하며, 로우 사이드 드라이버(306)는 트리거 회로(312)에서 제공되는 신호를 제 2 펄스 신호로 생성하여 NMOS 트랜지스터 M2의 게이트 신호로 제공한다.
상기한 구성을 갖는 제 2 역률 보상부(30)는 NMOS 트랜지스터 M1이 도 3과 같이 구동 전압의 레벨 V1, V2, V3에 따라서 펄스 폭 P1, P2, P3을 갖는 게이트 신호에 의하여 구동되며, 펄스 폭은 NMOS 트랜지스터 M1에 구동되는 전압의 레벨이 높을 수록 좁아진다. 여기에서, 게이트 신호의 펄스 폭은 펄스폭 변조부(304)에 의하여 변조되며, 도 4와 같이 오실레이터(310)로부터 출력되는 발진 신호 VOSC가 제 공되면, 펄스폭 변조부(304)는 비교부(302)로부터 큰 값의 전압이 피드백된 결과에 해당하는 신호가 제공되면(큰 전류) 펄스 폭이 좁게 변조를 수행하고 반대로 비교부(302)로부터 적은 값의 전압이 피드백 된 결과에 해당하는 신호가 제공되면(적은 전류) 펄스 폭이 넓게 변조를 수행한다.
NMOS 트랜지스터 M1은 상기한 도 3과 같이 제공되는 게이트 신호에 의하여 스위칭 동작을 수행하며, 이와 대응되는 NMOS 트랜지스터 M2는 미리 설정된 일정한 폭을 갖는 게이트 신호로써 스위칭 동작이 수행된다.
상기 트랜지스터 M1의 스위칭 동작은 드레인에 인가되는 전압의 레벨에 따라 턴온되는 시간이 가변된다. 그러므로, 도 2의 (b)에 표시된 피크치에 해당되는 전압의 경우 트랜지스터 M1은 짧은 시간 턴온되어 램프(50)로 공급되는 전류의 양을 제어하고, 도 2의 (b)에 표시된 최저치에 해당되는 전압의 경우 트랜지스터 M1은 보다 긴 시간 턴온되어 램프(50)로 공급되는 전류의 양을 제어한다.
결국, 상기와 같이 트랜지스터 M1의 턴온 시간 즉 트랜지스터 M1에 제공되는 신호의 펄스 폭을 제어함으로써 램프(50)로 흐르는 전류의 양이 일정하도록 하여 고조파 성분이 줄어들 수 있고, 그에 따라 본 발명은 도 2의 (c)와 같이 역률이 개선될 수 있다.
한편, 본 발명은 보호 회로로써 도 1과 같이 온도 검출기(406), 라인 전압 검출기(404), 및 NMOS 트랜지스터 M2와 접지 사이에 연결되는 저항 RS가 구성될 수 있다. 온도 검출기(406)는 주변 온도를 검출하여 그에 대응되는 신호를 출력하는 것이며, 라인 전압 검출기(404)는 제 1 역률 보상부(20)로부터 출력되는 전류가 로 오 패스 필터(LPF)(402)를 통하여 정전압으로 인가되면, 그에 따른 라인 전압 상태로써 과전류 유입 상태를 검출하는 것이고, 저항 RS는 램프(50)로 공급되는 전류를 모니터링하여 램프(50)가 과부하 상태인지 검출하는 것이다.
온도 검출기(406)와 라인 전압 검출기(404)의 출력 신호와 저항 RS에서 검출된 전압이 오아 게이트(408)로 인가되며, 오아 게이트(408)는 이들 신호를 논리적 곱하여 셧다운 판단부(410)로 제공하고, 셧다운 판단부(410)는 판단 결과를 리스타트 제어부(412)로 제공하고, 리스타트 제어부(412)는 리스타트 신호를 비교기(302)에 제공한다.
여기에서, 리스타트 제어부(412)는 일정 시간 동안 비교기(302)의 비반전 단자를 플로팅시키거나 또는 로우/하이 레벨 상태로 천이시킴으로써 펄스폭 변조부(304)가 일정 시간 동안 스테이블한 신호를 하이 사이드 드라이버(306)로 제공하도록 하고, 그에 따라 NMOS 트랜지스터 M1가 일정 시간 동안 턴오프 상태를 유지함으로써 리셋이 수행될 수 있다. 상기한 리셋에 의하여 주변 온도, 과전류, 또는 과부하에 대응하여 보호 동작이 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 도 5와 같이 스위칭 모드 파워 서플라이를 채용하는 안정기에 적용할 수 있으며, 이로써 공급 전원을 피드백함으로써 부하 쪽으로 공급되는 전류를 펄스 폭을 가변하여 제어하는 것을 구현할 수 있다.
스위칭 모드 파워 서플라이를 채용한 안정기의 경우, 대부분의 회로들이 트랜프포머(540)의 1차측에 전원(500)을 구성하고, 트랜스포머의 1차측에 전류가 흐르면 이에 유도되는 전류를 2차측 회로(502)로 전달하는 구성을 갖는다. 도 5의 실 시예에서 2차측 회로(502)에 램프와 같은 부하가 포함된 것으로 가정한다.
상기한 구성에서 전류의 공급량을 제어하기 위한 NMOS 트랜지스터 M3가 구성된다.
그리고, NMOS 트랜지스터 M3를 제어하기 위하여, 저항 Rf, 비교부(506), 펄스폭 변조부(508), 및 드라이버(510)이 구성된다.
여기에서, 저항 Rf는 트랜스포머(540)의 일차측으로 공급되는 전류로써 피드백 전압을 출력하고, NMOS 트랜지스터 M3와 접지 사이에 구성되며, 비교부(506)는 기준전압 VREF와 저항 Rf에 인가되는 전압을 비교하고 비교 결과에 해당하는 신호를 출력하며, 오실레이터(512)는 일정한 주파수를 갖는 발진 신호를 출력하고, 펄스폭 변조부(508)는 비교부(506)에서 제공되는 신호에 대응하여 오실레이터(512)에서 제공되는 발진 신호의 펄스 폭을 변조하여 출력하며, 드라이버(510)는 펄스폭 변조부(508)에서 출력되는 신호로써 게이트 신호를 생성하여 NMOS 트랜지스터 M3의 게이트에 제공한다.
상기한 구성에 의하여 트랜스포머(540)의 일차측으로 흐르는 전류의 양에 따라서, 상술한 도 1의 NMOS 트랜지스터 M1의 피드백 및 펄스 폭 가변 오퍼레이션과 동일하게 NMOS 트랜지스터 M3의 턴온 시간이 조절된다. 그러므로, 도 5의 실시예는 2차측 회로(502)로 일정한 전류가 공급될 수 있다.
도 1의 실시예와 도 5의 실시예는 램프로 제공되는 전원이 정전력 상태를 유지할 수 있도록, 전원의 상태에 따라 펄스폭을 제어함에 있어서 램프로 제공되는 전압이 최저 상태인 경우를 기준으로 설정하여 램프에 흐르는 전류의 고조파 성분 을 제어하는 구성을 구현한 것이다.
따라서, 본 발명은 고가의 전용 역률 보상 집적 회로를 이용하지 않고서, 다이오드를 이용하는 역률 보상 회로를 고역률 보상을 수행하도록 구현할 수 있고, 주파수 가변 대신 고정 주파수를 가지며 펄스 폭을 제어하여 저 파고율을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (23)

  1. 전원의 역률을 보상하여 램프에 전원을 공급하는 안정기에 있어서,
    교류 전원으로부터 공급되는 전류를 전파 정류하여 출력하는 정류기;
    상기 정류기의 출력을 밸리 전압의 최저치가 피크치의 최소한 30 퍼센트 이상이 되도록 역률을 보상하는 다이오드를 이용한 제 1 역률 보상부; 및
    상기 제 1 역률 보상부의 출력을 구동하는 제 1 스위칭 소자와 그에 직렬 연결된 제 2 스위칭 소자를 구비하며, 상기 제 1 스위칭 소자는 상기 제 1 역률 보상부의 출력의 전압 레벨에 대응하여 펄스 폭이 가변되는 제 1 펄스 신호로써 구동되고, 상기 제 2 스위칭 소자는 일정한 펄스 폭을 갖는 제 2 펄스 신호로써 구동되며, 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자들은 턴온 시간이 엇갈리게 동작되고, 상기 제 1 스위칭 소자의 턴온 시간이 상기 제 1 역률 보상부의 출력 전압 레벨에 대응하여 조절됨으로써 상기 제 1 및 제 2 스위칭 소자 사이에 연결되는 상기 램프로 공급되는 전류의 양을 제어하는 제 2 역률 보상부;를 구비함을 특징으로 하는 안정기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 역률 보상부는,
    상기 제 1 역률 보상부의 출력을 구동하는 제 1 스위칭 소자;
    상기 제 1 스위칭 소자와 직렬로 연결되는 제 2 스위칭 소자;
    상기 제 1 역률 보상부의 출력의 전압 레벨을 검출하는 검출 수단;
    소정 주파수를 갖는 발진 신호를 제공하는 오실레이터;
    미리 설정된 기준 전압과 상기 검출 수단에서 검출된 전압을 비교하고, 상기 비교 결과로써 상기 오실레이터에서 제공되는 발진 신호의 펄스폭을 변조하며, 상기 변조된 펄스 폭을 갖는 상기 제 1 펄스 신호를 생성하여 상기 제 1 스위칭 소자의 구동을 위하여 제공하는 제 1 구동 수단; 및
    상기 오실레이터에서 제공되는 발진신호를 분주하여 상기 제 2 펄스 신호를 생성하여 상기 제 2 스위칭 소자의 구동을 위하여 제공하는 제 2 구동 수단;을 구비함을 특징으로 하는 안정기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 구동 수단은 상기 검출 수단에서 검출된 전압이 높으면 펄스폭이 감소되고 상기 검출수단에서 검출된 전압이 낮으면 펄스폭이 증가되게 상기 제 1 펄스 신호를 생성함을 특징으로 하는 안정기.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 검출 수단은,
    상기 램프에 직렬로 연결된 저항을 포함함을 특징으로 하는 안정기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 오실레이터는 발진 주파수 조절을 위한 가변 저항 및 캐패시터를 구비함을 특징으로 하는 안정기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자는 NMOS 트랜지스터를 구비함을 특징으로 하는 안정기.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 구동 수단은,
    미리 설정된 기준 전압과 상기 검출 수단에서 검출된 전압을 비교하는 비교부;
    상기 비교부의 상기 비교 결과로써 상기 오실레이터에서 제공되는 발진 신호의 펄스폭을 변조하는 펄스폭 변조부; 및
    상기 펄스폭 변조부에서 출력되는 변조된 펄스 폭을 갖는 신호를 상기 제 1 스위칭 소자의 구동을 위한 상기 제 1 펄스 신호로 생성하여 제공하는 제 1 드라이버;를 구비함을 특징으로 하는 안정기.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 구동 수단은,
    상기 오실레이터에서 제공되는 발진신호를 분주하는 트리거 회로; 및
    상기 트리거 회로에서 분주된 신호로써 상기 제 2 스위칭 소자의 구동을 위한 상기 제 2 펄스 신호로 생성하여 제공하는 제 2 드라이버;를 구비함을 특징으로 하는 안정기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 역률 보상부의 출력이 소정 레벨 이상의 과전류 상태이거나, 주변 온도가 정해진 온도 범위를 벗어난 상태이거나, 또는 상기 제 2 스위칭 수단을 통하여 흐르는 전류의 양이 소정치 이상의 과전류 상태 중 최소한 하나 이상의 상태를 감지하는 검출 수단;
    상기 검출 수단에서 출력되는 신호의 상태를 판단하는 셧다운 판단부; 및
    상기 셧다운 판단부에서 출력되는 셧다운을 위한 신호를 제공받으면 상기 제 2 역률 보상부의 상기 제 1 스위칭 소자의 동작을 중지시키는 리스타트 제어부;를 더 구비함을 특징으로 하는 안정기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 검출 수단은,
    상기 제 1 역률 보상부의 출력이 소정 레벨 이상의 과전류 상태이면 그에 대 응하는 검출 신호 출력하는 라인 전압 검출 수단;
    주변 온도를 검출하여 정해진 사양을 벗어나면 그에 대응한 검출신호를 출력하는 온도 검출 수단;
    상기 제 2 스위칭 수단을 통하여 흐르는 전류를 센싱하여 상기 램프에 과전류가 흐르는 상태이면 그에 대응한 검출 신호를 출력하는 부하 감지 수단; 중 최소한 하나 이상을 포함하는 안정기.
  11. 1차측의 전원을 2차측으로 유도하는 트랜스포머;
    상기 트랜스포머의 1차측에 전원을 인가하는 전원 공급수단;
    램프를 포함하며, 상기 트랜스포머의 2차측에 구성되어 상기 램프를 구동하는 2차측 회로; 및
    상기 트랜스포머의 1차측에 연결되어 상기 전원의 역률을 보상하는 역률 보상 수단;을 구비하며,
    상기 역률 보상 수단은,
    상기 트랜스포머의 1차측의 구동을 위하여 구성되는 스위칭 수단;
    상기 스위칭 수단에 인가되는 전압을 검출하는 검출 수단;
    소정 주파수를 갖는 발진 신호를 제공하는 오실레이터;
    상기 검출수단에서 검출된 전압과 미리 설정된 기준 전압을 비교하는 비교수단;
    상기 비교수단에서 비교된 결과에 따라 상기 오실레이터에서 제공되는 발진 신호의 펄스폭을 변조하여 출력하는 펄스폭 변조부; 및
    상기 펄스폭 변조부의 출력을 상기 스위칭 수단을 구동하기 위한 펄스 신호로 제공하는 드라이버;를 구비함을 특징으로 하는 안정기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전원 공급 수단은 상기 전원의 밸리 전압의 최저치가 피크치의 최소한 30 퍼센트 이상이 되도록 역률을 보상하는 다이오드를 이용한 역률 보상 수단을 포함함을 특징으로 하는 안정기.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 드라이버는 상기 검출 수단에서 검출된 전압이 높으면 펄스폭이 감소되고 상기 검출수단에서 검출된 전압이 낮으면 펄스폭이 증가되게 상기 펄스 신호를 생성함을 특징으로 하는 안정기.
  14. 전원의 역률을 보상하여 램프에 공급하는 역률 보상 회로에 있어서,
    상기 램프로 제공하는 전원을 구동하는 제 1 스위칭 소자;
    상기 제 1 스위칭 소자와 직렬로 연결되며 상기 제 1 스위칭 소자와 턴온 시간이 엇갈리게 동작되는 제 2 스위칭 소자;
    상기 전원의 전압 레벨을 검출하는 검출 수단;
    소정 주파수를 갖는 발진 신호를 제공하는 오실레이터;
    미리 설정된 기준 전압과 상기 검출 수단에서 검출된 전압을 비교하고, 상기 비교 결과로써 상기 오실레이터에서 제공되는 발진 신호의 펄스폭을 변조하며, 상기 변조된 펄스 폭을 갖는 상기 제 1 펄스 신호를 생성하여 상기 제 1 스위칭 소자에 제공함으로써, 상기 제 1 스위칭 소자의 턴온 시간을 상기 전원의 전압 레벨에 따라 조절하는 제 1 구동 수단; 및
    상기 오실레이터에서 제공되는 발진신호를 분주하여 일정한 펄스 폭을 갖는 제 2 펄스 신호를 생성하여 상기 제 2 스위칭 소자로 제공하는 제 2 구동 수단;을 구비함을 특징으로 하는 역률 보상 회로.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전원을 밸리 전압의 최저치가 피크치의 최소한 30 퍼센트 이상이 되도록 역률을 보상하는 다이오드를 이용한 역률 보상부가 더 구비되며, 상기 역률 보상부의 출력이 상기 제 1 스위칭 수단으로 구동을 위하여 제공됨을 특징으로 하는 역률 보상 회로.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 구동 수단은 상기 검출 수단에서 검출된 전압이 높으면 펄스폭이 감소되고 상기 검출수단에서 검출된 전압이 낮으면 펄스폭이 증가되게 상기 제 1 펄스 신호를 생성함을 특징으로 하는 역률 보상 회로.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 검출 수단은,
    상기 램프에 직렬로 연결된 저항을 포함함을 특징으로 하는 역률 보상 회로.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 오실레이터는 발진 주파수 조절을 위한 가변 저항 및 캐패시터를 구비함을 특징으로 하는 역률 보상 회로.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자는 NMOS 트랜지스터를 구비함을 특징으로 하는 역률 보상 회로.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 구동 수단은,
    미리 설정된 기준 전압과 상기 검출 수단에서 검출된 전압을 비교하는 비교부;
    상기 비교부의 상기 비교 결과로써 상기 오실레이터에서 제공되는 발진 신호의 펄스폭을 변조하는 펄스폭 변조부; 및
    상기 펄스폭 변조부에서 출력되는 변조된 펄스 폭을 갖는 신호를 상기 제 1 스위칭 소자의 구동을 위한 상기 제 1 펄스 신호로 생성하여 제공하는 제 1 드라이버;를 구비함을 특징으로 하는 역률 보상 회로.
  21. 제 14 항에 있어서, 상기 제 2 구동 수단은,
    상기 오실레이터에서 제공되는 발진신호를 분주하는 트리거 회로; 및
    상기 트리거 회로에서 분주된 신호로써 상기 제 2 스위칭 소자의 구동을 위한 상기 제 2 펄스 신호로 생성하여 제공하는 제 2 드라이버;를 구비함을 특징으로 하는 역률 보상 회로.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 전원이 소정 레벨 이상의 과전류 상태이거나, 주변 온도가 정해진 온도 범위를 벗어난 상태이거나, 또는 상기 제 2 스위칭 수단을 통하여 흐르는 전류의 양이 소정치 이상의 과전류 상태 중 최소한 하나 이상의 상태를 감지하는 검출 수단;
    상기 검출 수단에서 출력되는 신호의 상태를 판단하는 셧다운 판단부; 및
    상기 셧다운 판단부에서 출력되는 셧다운을 위한 신호를 제공받으면 상기 제 1 구동 수단의 동작을 제어하여 상기 제 1 스위칭 소자의 동작을 중지시키는 리스타트 제어부;를 더 구비함을 특징으로 하는 역률 보상 회로.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 검출 수단은,
    상기 전원이 소정 레벨 이상의 과전류 상태이면 그에 대응하는 검출 신호 출력하는 라인 전압 검출 수단;
    주변 온도를 검출하여 정해진 사양을 벗어나면 그에 대응한 검출신호를 출력하는 온도 검출 수단;
    상기 제 2 스위칭 수단을 통하여 흐르는 전류를 센싱하여 상기 램프에 과전류가 흐르는 상태이면 그에 대응한 검출 신호를 출력하는 부하 감지 수단; 중 최소한 하나 이상을 포함하는 역률 보상 회로.
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