KR100742399B1

KR100742399B1 - 다단계 전압인가 방법

Info

Publication number: KR100742399B1
Application number: KR1020050018296A
Authority: KR
Inventors: 이동호; 홍보현
Original assignee: 주식회사 수창미디어
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2007-07-24
Also published as: KR20060097220A

Abstract

본 발명은 다수개의 형광램프를 하나의 스위칭 소자(인버터)를 이용하여 구동하기 위해 외부전극형광램프(EEFL)를 이용하는 안정기에 있어서, 방전전압을 단계별로 승압시켜 회로의 부하를 줄이기 위한, 다단계 전압인가 방법을 제공하기 위한 것이다. 이를 위해 본 발명은 다단계 전압인가 방식 안정기에 적용되는 다단계 전압인가 방법에 있어서, (a) 스위칭부(40)가 스위칭 온상태로 전환되어 입력 교류 전원이 정류부(10)에 의해 정류되어 부스트 회로부(50)에 인가되는 단계; (b) 상기 부스트 회로부(50)에 인가된 전원에 의해 초기전압(a)이 인버터부(60)에 인가되며, 인버터부(50)의 스위칭 소자(Q5, Q7)의 온/오프 동작에 의해 상기 초기전압(a)이 교류전압으로 변환되어, 방전부(70)가 예비 점등을 시도하는 단계; (c) 상기 예비 점등을 시도하는 동안 상기 부스트 회로부(50)가 온상태로 전환되어, 상기 정류부(10)를 통해 인가된 전압이 상기 부스트 회로부(50)에 의해 승압되어 상기 인버터부(60)에 인가되는 단계; 및 (d) 상기 인버터부(60)의 상기 스위칭 소자(Q5, Q7)의 온오프 동작에 의해 상기 승압된 전압이 교류전압으로 변환되며, 방전부(70)가 상기 교류전압을 이용하여 램프들을 정상적으로 점등하는 단계를 포함한다.

안정기, 외부전극형광램프(EEFL), 다단계

Description

다단계 전압인가 방법{METHOD FOR IMPRESSING VOLTAGE WITH PLURAL STEP}

도 1 은 종래의 전자식 안정기의 일실시예 회로도.

도 2a 는 본 발명이 적용되는 다단계 전압인가 방식 안정기의 일실시예 블럭도.

도 2b 는 본 발명이 적용되는 다단계 전압인가 방식 안정기의 일실시예 회로도.

도 3a 및 도 3b 는 본 발명이 적용되는 다단계 전압인가 방식 안정기의 출력단에서의 전압 측정치의 일예시도.

도 4 는 본 발명에 따른 다단계 전압인가 방법의 제1 실시예 흐름도.

도 5 는 본 발명에 따른 다단계 전압인가 방법의 제2 실시예 흐름도.

본 발명은 방전램프의 점등에 이용되는 안정기의 전압인가 방법에 관한 것으로, 특히 방전램프로 외부전극형광램프(External Electrode Flourscent Lanm, EEFL)를 사용하는 안정기에서의 전압인가 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 방전램프란 전기의 방전현상을 이용해서 빛을 내는 램프를 말하 는 것으로서 실생활에 가장많이 사용되는 방전램프로는 형광램프가 있으며, 이러한 형광램프는 다시 냉음극형광램프(Cold Cathode Flourscent Lamp, CCFL)와 외부전극형광램프(External Electrode Flourscent Lamp, EEFL)로 구분될 수 있다.

이때, 냉음극형광램프(CCFL)는 전극이 램프 안에 있기 때문에 다수의 램프를 하나의 스위칭 회로(인버터)에 의해 동시에 연결하여 사용할 수 없으며, 높은 방전전압(약 1000V 정도)이 요구된다는 문제점이 있다.

이에 반하여, 외부전극형광램프(EEFL)는 전극이 램프 외부에 있기 때문에 다수의 램프를 하나의 스위칭 회로(인버터)에 병렬로 연결하여 이용하기에 유리하다는 장점이 있다.

한편, 안정기는 방전시 높은 전압을 만들고 방전후의 전류제한 역할을 하는 것으로서, 일반적으로 50Hz~60Hz로 동작하는 자기식 안정기가 많이 사용되고 있으나, 이러한 자기식 안정기는 부피가 크고 무거우며, 깜박임과 가청잡음이 있고, 큰 전력손실로 인한 낮은 효율 등의 단점을 가지고 있어 최근에는 전자식 안정기(electronic ballast)가 많은 부분에서 자기식 안정기를 대체하고 있는 상황이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 종래의 전자식 안정기는, 인가되는 상용교류전원의 전압을 안정화시키도록 하는 전압안정화부(110)와, 상기 전압안정화부(110)에서 안정화된 교류전압을 전파 정류하여 직류전압으로 변환하는 브릿지 다이오드(D1-D4)로 이루어지는 정류부(120)와, 상기 브릿지 다이오드(D1-D4)를 통해 정류된 직류 전압을 평활화시키는 한편, 이를 발진용 마이컴(35)에 인가함으로써 동작전원을 제공하여 방전부(140)의 램프를 점등시키도록 하는 인버터부(130) 및 램프출력 과 전압 시에 램프 구동회로를 셧다운시키기 위한 보호 회로부(150)를 포함하고 있다.

이때, 도 1 에 도시된 바와 같은 종래의 전자식 안정기는 상술된 바와 같이 냉음극형광램프(CCFL)를 이용하고 있기 때문에 다수의 형광램프를 하나의 스위칭 소자(인버터)에 연결하여 동시에 사용하기에 부적합할 뿐만 아니라, 상당한 방전 전압이 가해져야 한다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 일반적인 안정기들은 외부전원공급부로부터 인가된 전원을 방전 가능한 전원으로 직접 승압시켜 주기 때문에 안정기에 무리를 줄 수 있을 뿐만 아니라, 단계적인 승압을 할 수 있도록 구성된 경우에 있어서도 변압기(아답터) 및 인버터를 다양한 소자를 이용하여 각각 구비하고 있어서 회로가 복잡하고 생산 단가가 증가된다는 문제점을 가지고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다수개의 형광램프를 하나의 스위칭 소자(인버터)를 이용하여 구동하기 위해 외부전극형광램프(EEFL)를 이용하는 안정기에 있어서, 방전전압을 단계별로 승압시켜 회로의 부하를 줄이기 위한, 다단계 전압인가 방법를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다단계 전압인가 방식 안정기에 적용되는 다단계 전압인가 방법에 있어서, (a) 스위칭부(40)가 스위칭 온상태로 전환되어 입력 교류 전원이 정류부(10)에 의해 정류되어 부스트 회로부(50)에 인가되는 단계; (b) 상기 부스트 회로부(50)에 인가된 전원에 의해 초기전압(a)이 인버 터부(60)에 인가되며, 인버터부(50)의 스위칭 소자(Q5, Q7)의 온/오프 동작에 의해 상기 초기전압(a)이 교류전압으로 변환되어, 방전부(70)가 예비 점등을 시도하는 단계; (c) 상기 예비 점등을 시도하는 동안 상기 부스트 회로부(50)가 온상태로 전환되어, 상기 정류부(10)를 통해 인가된 전압이 상기 부스트 회로부(50)에 의해 승압되어 상기 인버터부(60)에 인가되는 단계; 및 (d) 상기 인버터부(60)의 상기 스위칭 소자(Q5, Q7)의 온오프 동작에 의해 상기 승압된 전압이 교류전압으로 변환되며, 방전부(70)가 상기 교류전압을 이용하여 램프들을 정상적으로 점등하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예가 상세히 설명된다.

도 2a 는 본 발명이 적용되는 다단계 전압인가 방식 안정기의 일실시예 블럭도이다.

즉, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명이 적용되는 다단계 전압인가 방식 안정기는, 외부 전원공급장치(80)로부터 교류 전원을 공급받아 직류로 정류하기 위한 정류부(10), 상기 정류부로부터 전원을 인가받아 필요한 전원으로 변환시키기 위한 보조 전원부(20), 다수개의 외부전극형광램프(EEFL)를 구동하기 위한 방전부(70), 직류 전원을 스위칭 동작에 의하여 상기 방전부에 필요한 교류전원으로 변환하기 위한 인버터부(60), 상기 정류부로부터 인가된 직류 전원을 다단계를 거쳐 승압하거나 강압하여 상기 인버터부로 인가하기 위한 부스트 회로부(50), 상기 정류부의 전원을 상기 부스트회로부로 인가하거나 차단하는 스위칭 기능을 수행하기 위한 스 위칭부(40) 및 상기 보조 전원부로부터 인가된 전원에 의하여 상기 스위칭부의 스위칭 기능을 구동시키는 한편 상기 부스트 회로부의 승압 또는 강압기능을 제어하기 위한 제어부(30)를 포함하여 구성되어 있다.

한편, 본 발명은 스위칭 손실과 동작 손실을 줄이고 전체 회로의 스트레스를 감소시키기 위하여 기존의 하프 브릿지 방식이 아닌 포워드 방식을 이용하고 있으며, 포워드 방식 중에서도 특히 액티브 클램프 방식을 이용하고 있다는 특징을 가지고 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성요소들의 기능 및 상호 동작이 간략하게 설명된다.

먼저, 상기 정류부(10)는, 외부 전원공급장치(80)로부터 교류전원을 공급받아 브릿지 회로를 통해 상기 교류전원을 직류로 정류하는 기능을 수행한다. 이때, 초기에 입력된 교류 전원은 보조 전원부(20)로 인가되어 제어부(30)를 구동하는 기능을 수행하게 되며, 상기 정류부(10)는 상기 제어부(30)에 의해 동작되는 스위칭부(40)의 스위칭 기능에 의하여 상기 교류 전원을 정류하여 상기 부스트 회로부(50)로 인가하게 된다.

다음으로, 상기 보조 전원부(20)는, 상기 정류부(10)를 통해 초기에 인가되는 전원을 이용하여 상기 제어부(30)의 마이컴을 구동시키는 한편, 상기 부스트 회로부(50) 및 스위칭부(40)에 필요한 전원을 공급하는 기능을 수행한다.

다음으로, 상기 제어부(30)는, 상기 보조 전원부(20)로부터 인가된 초기 전원을 이용하여 상기 스위칭부(40)를 스위칭 시켜 상기 정류부(10)로부터 정류된 직 류전원이 상기 부스트 회로부(50)로 인가되도록 하는 한편, 상기 부스트 회로부(50)에서 발생되는 펄스의 펄스폭을 제어함으로써 상기 인버터부(60)를 통해 상기 방전부(70)로 인가되는 전압의 크기를 단계별로 제어하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 제어부(30)는 상기 방전부(70)에 구성된 과전압 검출부 또는 과전류 검출부로부터 전송된 전압 또는 전류 신호에 따라 상기 부스트 회로부(50)를 제어함으로써 상기 인버터부(60)를 통해 상기 방전부(70)로 인가되는 전압 또는 전류의 세기를 제어하는 기능을 더 수행할 수도 있다.

다음으로, 부스트 회로부(50)는, 상술된 바와 같이 상기 스위칭부(40)의 스위칭 기능에 의해 상기 정류부(10)로부터 정류된 전원을 인가받게 된다. 이때, 상기 부스트 회로부(50)는 상기 제어부(30)의 제어 신호에 따라 펄스파를 발생시키는 한편, 상기 전원에 의한 전압을 상기 펄스파에 따라 단계별로 승압하여 상기 인버터부(60)로 인가시키는 기능을 수행하게 된다. 또한, 상기 부스트 회로부(50)는 입력단의 과전류 또는 과전압을 측정하여 상기 제어부(30)로 전송하는 한편, 상기 과전류 또는 과전압에 따른 상기 제어부(30)의 제어신호에 따라 상기 인버터부(60)에 인가되는 상기 전압의 세기를 조정할 수도 있다.

다음으로, 상기 인버터부(60)는, 상술된 바와 같이 상기 부스트 회로부(50)를 통해 승압되어 전송된 직류 전원을 스위칭 동작에 의하여 교류로 변환시켜 상기 방전부(70)로 전송함으로써 상기 방전부의 다수의 외부전극형광램프(EEFL)를 구동시키는 기능을 수행한다.

마지막으로, 상기 방전부(70)는 상술된 바와 같이 다수의 외부전극형광램프 (EEFL)(이하, 간단히 '램프'라 함)로 구성되어 있으며, 상기 인버터부(60)의 하나의 스위칭(인버팅) 동작에 의해 발생된 교류 전원을 이용하여 상기 다수의 램프를 구동시켜 빛을 발생시키는 기능을 수행한다. 또한, 상기 방전부(70)는 상술된 바와 같이 과전압 또는 과전류를 감지하여 상기 제어부(30)로 전송하는 기능도 수행할 수 있다.

도 2b 는 본 발명이 적용되는 다단계 전압인가 방식 안정기의 일실시예 회로도로서, 도 2a 에 도시된 블록도의 세부 내부 회로 구성을 나타낸 것이다. 이때, 본 발명이 적용되는 다단계 전압인가 방식 안정기의 내부 회로 구성은 각 기능에 따라 도 2a 에 도시된 바와 같은 7개의 블록으로 세분화될 수 있으며, 이하에서는, 상기 도 2a 에 대한 설명에서 설명된 7개 구성 요소들의 세부 기능 및 상호 동작 과정이 도 2b 를 참조하여 상세히 설명된다. 또한, 도 3a 및 도 3b 는 본 발명이 적용되는 다단계 전압인가 방식 안정기의 출력단에서의 전압 측정치의 일예시도로서, 상기 인버터부(60) 또는 방전부(70)에서 출력되는 전압의 시간에 따른 측정치를 나타낸 것이다.

먼저, 상기 정류부(10)는 외부 전원공급장치(80)로부터 교류 전원을 입력받기 위한 단자를 포함하고 있으며, 입력된 교류 전원을 정류시키기 위하여 네개의 다이오드로 구성된 브릿지 회로를 포함하고 있다. 이때, 외부 전원이 인가되는 초기 단계에 있어서, 인가된 상기 전원은 바로 상기 정류부를 통해 정류되어 상기 부스트 회로부(50)로 전송되는 것은 아니다. 즉, 인가된 초기 단계의 전원은 일단 상기 보조 전원부(20)를 통해 상기 제어부(30)를 구동시키게 되며, 상기 제어부(30) 의 제어 신호에 의해 동작되는 상기 스위칭부(40)의 스위칭 동작에 의해 상기 브릿지 회로로 인가된 후 정류되어 상기 부스트 회로부(50)로 인가된다.

다음으로, 상기 보조 전원부(20)는 상술된 바와 같이 상기 제어부(30)의 마이컴(31)을 초기 단계에서 구동시키기 위한 것으로서, 상기 정류부(10)로부터 인가된 전원을 상기 마이컴(31)의 구동전원으로 변환하여 상기 마이컴(31)에 인가하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 보조 전원부(20)는 상기 제어부(30) 뿐만 아니라, 전원공급단자(도2b에 있어서는 12V단자)(21)를 통해 상기 부스트 회로부(50) 및 스위칭부(40)에 필요한 전원을 공급하는 기능도 수행한다. 이때, 상기 보조 전원부(20)는 정전압회로(22)를 포함하고 있는 것으로서, 각종 마이컴의 구동 전원을 생성하기 위한 일반적인 회로이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.

다음으로, 상기 제어부(30)는 상술된 바와 같이 상기 스위칭부(40), 부스트 회로부(50), 인버터부(60) 및 방전부(70)와의 통신을 통해 상기 각 부(40 내지 70)를 제어하는 기능 즉, PFC(Power Factor Correction) 제어, 스위칭 제어, 인버팅 제어, 과전압전류 제어 등의 기능을 수행하고 있으며, 상기와 같은 기능을 수행하기 위한 마이컴(PWM IC)(31)의 일예로서 본 발명은 PIC16F684칩을 이용하고 있다. 이때, 상기 제어부(30)의 마이컴(31)은 도면에 도시된 바와 같이 6번핀을 통해 상기 스위칭부(40)의 릴레이(41)에 스위칭 제어신호를 전송하고 있으며, 7번핀을 통해 상기 부스트 회로부(50)에 PFC 제어신호를 전송하고 있다. 또한, 상기 마이컴(31)은 5번, 12번, 13번핀을 통해 상기 인버터부(60)에 인버팅 제어신호를 전송하고 있으며, 10번, 11번핀을 통해 상기 방전부(70)로부터 과전압 또는 과전류 신호 를 전송받아 12번, 13번핀을 통해 상기 인버터부(60)로 과전압전류 제어 신호를 전송하고 있다. 이때, 본 발명은 상기 PFC 제어 기능을 이용함으로써 전체적인 회로의 역률을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 회로의 스페이스(space)를 줄일 수 있게 된다는 특징을 가지고 있다. 한편, 상기와 같은 기능들은 상기 각 부의 기능과 밀접한 관련이 있는 것으로서, 이하의 각 부에 대한 상세한 설명에서 함께 설명될 것이며, 상기 마이컴(31)은 이미 공지되어 있는 칩이므로 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.

다음으로, 상기 스위칭부(40)는 릴레이(41)를 포함하고 있으며, 상기 보조 전원부의 전원공급단자(21)를 통해 전원을 공급받는 한편, 상기 제어부(30)의 6번핀에 연결된 스위칭 제어단자(MICOM-H단자)(32)를 통해 스위칭 제어신호를 전송받아 상기 릴레이(41)를 스위칭하는 기능을 수행한다. 이때, 상술된 바와 같이 상기 스위칭부(40)의 스위칭 기능에 의하여 상기 외부전원공급장치(80)로부터 인가된 전원은 상기 정류부(10)의 브릿지회로를 통해 정류되어 상기 부스트 회로부(50)로 인가된다. 본 발명에서 상기와 같이 스위칭부(40)를 이용하는 것은 외부전원공급장치(10)로부터 인가되는 전압이 순간적으로 승압되어 상기 인버터부(60)를 통해 방전부(70)에 인가되는 것을 방지하기 위한 것이다.

다음으로, 상기 부스트 회로부(50)는 상기 제어부(30)의 마이컴(31)의 7번 핀으로부터 전송된 PFC 제어신호에 따라 펄스파를 발생시키는 한편, 상기 정류부(10)를 통해 인가된 전원에 의한 상기 인버터부(60)의 전압을 상기 펄스파의 펄스폭을 변화시키는 것에 의하여 단계적으로 승압시키는 기능을 수행한다. 이때, 상술 된 바와 같이 펄스폭의 변화를 이용하여 인버터부(60)에 인가되는 전압의 세기를 단계적으로 변화시킴으로써 상기 인버터부(60)에 요구되는 전압의 세기로 승압키는 방법에는, 두단계의 승압과정을 거치는 2단 방법 및 세단계의 승압과정을 거치는 3단 방법이 적용될 수 있다.

우선, 2단 방법은 상기 제어부(30)의 PFC 제어신호에 따라 펄스파를 발생시키는 한편 상기 펄스파의 펄스폭을 변화시키는 기능을 수행하기 위한 PFC 제어기 및 상기 펄스파의 펄스폭 변화에 따라 회로를 개폐시킴으로써 전압을 승압 또는 강압 시키기 위한 부스트 컨버터를 포함하는 부스트 회로부(50)에 의하여 구현될 수 있다.

이때, 상기 PFC 제어기는 상술된 바와 같은 기능을 수행하기 위하여, 펄스파를 생성하거나 상기 펄스파의 펄스폭을 변화시킬 수 있는 제어신호를 생성할 수 있는 펄스파 제어칩(51), 상기 제어부(30)의 PFC 제어신호에 따라 온오프되는 제9 트랜지스터(Q9), 상기 제9 트랜지스터(Q9)에 의해 온오프되는 한편, 상기 제9 트랜지스터(Q9)와 함께 상기 펄스파 제어칩(51)을 활성화시키기 위한 제11 트랜지스터(Q11) 및 상기 펄스파 제어칩(51)과 트랜지스터들(Q9, Q11)을 연결시키고 있는 다수의 회로 소자들(저항, 콘덴서, 인덕터 및 다이오드)을 포함하고 있다. 한편, 상기 펄스파 제어칩(51)은 상술된 바와 같이 상기 제9 및 제11 트랜지스터의 온오프 동작에 의해 활성화되어 펄스파를 생성하거나 그 폭을 변화시키기 위한 것으로서, 다양한 종류의 마이컴이 사용될 수 있으나 본 발명은 그 일예로서 ML4803칩을 사용하고 있다. 이때, 상기 ML4803칩은 이미 공지되어 다양한 회로에서 사용되고 있는 칩으로서 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.

또한, 상기 부스트 컨버터는 상기 정류부(10)의 브릿지 회로와 연결되어 분기된 두개의 회로를 갖고 있는 바, 하나의 회로는 제48저항(R48) 및 제22 다이오드(D22)로 구성되어 상기 인버터부(60)와 연결되어 있으며, 또 다른 회로는 상기 펄스파 제어칩(51)에 의해 온오프되는 온오프 FET(Q4), 제7 인덕터(L7), 제3 다이오드(D3) 및 제17 콘덴서(C17)로 구성되어 상기 인버터부(60)와 연결되어 있다. 이때, 상기 부스트 컨버터는 상기 온오프 FET(Q4)의 온오프 동작에 따라 소정의 전압을 상기 제17 콘덴서(C17) 및 상기 인버터부(60)에 인가시키기 위한 것으로서, 상기 온오프 FET(Q4)의 온오프 동작이 상기 펄스파 제어칩(51)에 의하여 구동되고 있다는 특징이 있으나, 기본적인 작동 과정은 일반적인 부스트 컨버터와 유사함으로 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.

한편, 상기와 같은 구성을 갖는 부스트 회로부(50)에 의한 2단 방법은 다음과 같다. 즉, 상기 스위칭부(40)의 스위칭 동작에 의해 상기 정류부(10)로부터 초기 전원이 인가된 상태에서는 상기 부스트 컨버터의 온오프 FET(Q4)는 오프되어 있는 상태이기 때문에 인가된 전원에 의한 전압이 제48 저항(R48) 및 제22 다이오드(D22)를 통해 상기 인버터부(60)에 의해 걸리게 되며, 이 경우의 전압은 도 3a 에 도시된 초기전압(a)과 같다.

이때, 상기와 같은 기능을 수행하는 짧은 시간 동안(또는 그 이후의 짧은 시간동안) 상기 제어부(30)는 상기 PFC 제어기로 PFC 제어신호를 전송하게 되며, 상기 제어신호에 따라 상기 펄스파 제어칩(51)에서 생성된 펄스파에 의하여 상기 부 스트 컨버터의 온오프 FET(Q4)는 온상태가 된다. 한편, 상기 온오프 FET(Q4)의 스위칭 동작에 의하여 상기 정류부(20)의 브릿지회로로부터 인가된 전류는 상기 제7 인덕터(L7) 양단에 높은 전압을 발생하게 되며, 상기 전압은 상기 제17 콘덴서(C17) 및 인버터부(60)에 분배되어 출력되게 되는데, 일반적으로 상기 인버터부(60)에 걸리는 전압은 상기 초기전압(a) 보다 높은 전압으로서 상기 제17 콘덴서(C17)의 용량 조절에 의하여, 상기 인버터부(70)에는 방전을 위해 필요한 최종전압(도3a에 도시된 (c)에 해당하는 전압)이 생성된다.

한편, 3단 방법은 상기 PFC 제어기와 부스트 컨버터 및 전압 지연부(52)를 더 포함하는 부스트 회로부(50)에 의하여 구현되는 것으로서, 상기 전압 지연부(52)는 상기 제어부(30)의 마이컴(31)의 9번핀에 의해 구동되는 두개의 광소자(PC2)로 구성되어 있다. 즉, 상기 초기 전압(a) 생성 후 짧은 시간 동안(또는 그 이후의 짧은 시간동안) 상기 제어부(30)의 PFC 제어 신호에 따라 상기 광소자(PC2)가 도통되면, 제17 콘덴서(C17)에 전압이 인가되며, 상기 전압 지연부(52)가 오프 상태인 경우에 발생될 수 있는 전압(최종전압(c))보다 상기 제17 콘덴서(C17)에 걸린 전압만큼 강압된 전압(중간전압(b))이 도 3b 에 도시된 바와 같이 상기 인버터부(60)에 인가되게 된다. 이후, 상기 광소자(PC2)는 상기 제어부(30)에 의하여 오프 상태로 전환되며, 상기 도 3a 에 대한 설명에서 설명된 최종전압(c)의 생성 과정이 이루어지게 되어, 중간전압(b)으로부터 최종전압(c)이 생성된다.

즉, 본 발명은 상술된 바와 같이 상기 인버터부(60)에서 상기 방전부(70)의 램프를 방전시키기 위한 최종전압(c)을 0V로부터 수직적으로 생성하는 것이 아니 라, 초기에 입력되는 전압에 의해 초기전압(a)을 생성한 후, 상기 초기전압(a)으로부터 최종전압(c)을 생성하는 2단 방법을 이용할 수 있으며, 또 다른 방법으로서 3단 방법도 이용할 수 있는 바, 상기 3단 방법은 0V로부터 상기 초기전압(a)으로 전압을 상승시킨 후 또 다시 중간전압(b)을 거쳐 최종적으로 최종전압(c)을 상승시키는 방법이다.

다음으로, 상기 인버터부(60)는 상술된 바와 같은 과정을 통해 생성된 전압에 의하여 상기 방전부(70)의 다수의 램프를 방전시키는 기능을 수행한다. 이때, 상기 인버터부(60)는 스위칭 소자(Q5, Q7)의 양단에 병렬 접속되는 방전기(62)를 포함하고 있어서, 상기 램프 불능시 또는 상기 램프의 오프시 상기 제어부(30)의 마이컴(31) 제어에 의해 충전 전압을 방전시키도록 하는 기능을 수행할 수 있다.

마지막으로, 상기 방전부(70)는 상기 인버터부(60)에 의해 생성된 방전 전압에 의하여 다수의 램프를 구동하기 위한 것으로서, 상술된 바와 같이 본 발명은 다수의 외부전극형광램프(EEFL)를 사용하고 있다는 특징을 가지고 있다.

한편, 상기에서는 본 발명이 적용되는 다단계 전압인가 방식 안정기의 기본적인 구성 및 그에 따른 기능이 설명되었으며, 상기와 같은 구성에 더 포함될 수 구성요소로는 과전압 검출부 또는 과전류 검출부가 있을 수 있다.

이때, 상기 과전압 검출부 또는 과전류 검출부는 출력단 즉, 상기 방전부(70) 또는 인버터부(60)에 연결되어 이용될 수 있으며, 이 경우 상기 과전압 검출부 또는 과전류 검출부는 각각 출력단 과전압 검출부와 출력단 과전류 검출부라 칭한다.

또한, 상기 과전압 검출부 또는 과전류 검출부는 입력단 즉, 상기 부스트 회로부(50)에 연결되어 이용될 수도 있으며, 이 경우 상기 과전압 검출부 또는 과전류 검출부는 각각 입력단 과전압 검출부와 입력단 과전류 검출부라 칭한다.

즉, 상기 출력단 과전압 검출부(71)는 도 2b 에 도시된 바와 같이 방전부(70)와 제어부(30)에 연결되어 있으며, 상기 출력단 과전압 검출부(71)가 램프 방전 시의 전압을 감지하여 상기 제어부(30)로 전송하면, 상기 제어부(30)는 감지된 전압이 과전압인지의 여부를 판단하여 상기 부스트 회로부(50) 승압동작을 제어함으로써 출력 전압을 제어하게 된다.

또한, 상기 출력단 과전류 검출부(61)는 도 2b 에 도시된 바와 같이 인버터부(60)와 제어부(30)에 연결되어 있으며, 상기 출력단 과전류 검출부(61)가 램프 방전 시의 전류를 감지하여 상기 제어부(30)로 전송하면, 상기 제어부(30)는 감지된 전류가 과전류인지의 여부를 판단하여 상기 부스트 회로부(50)의 승압동작을 제어함으로써 출력 전류를 제어하게 된다.

한편, 상기 입력단 과전류 검출부는, 상기 부스트 회로부(50)의 부스트 컨버터로 이용되는 온오프 FET(Q4), 펄스파를 발생시키기 위한 펄스파 제어칩(51) 및 상기 온오프 FET(Q4)와 펄스파 제어칩(51)과 연결되어 있는 제9 저항(R9)을 포함하는 것으로서, 상기 온오프 FET(Q4)의 온오프 동작에 따라 상기 제9 저항을 흐르는 펄스파의 전류를 상기 펄스파 제어칩(51)이 기준 전류치와 비교하여 펄스파의 펄스폭을 제어함으로써(펄스파 제어칩의 제3번칩(ISENS)에서 이루어짐), 입력단에서 과전류를 차단하는 기능을 수행할 수 있다.

또한, 상기 입력단 과전압 검출부는, 상기 펄스파 제어칩(51) 및 상기 펄스파 제어칩과 연결되어 있는 제17 콘덴서(C17)을 포함하는 것으로서, 상기 펄스파 제어칩(51)이 상기 제17 콘덴서(C17)의 전압을 기준 전압치와 비교하여 펄스파의 펄스폭을 제어함으로써(펄스파 제어칩의 제4번칩(VEAO)에서 이루어짐), 입력단에서 과전압을 차단하는 기능을 수행할 수 있다.

즉, 상기 입력단 과전류 검출부 또는 입력단 과전압 검출부는, 상기 펄스파 제어칩(51)이 상기 비교값에 따라 상기 부스트 컨버터의 온오프 FET(Q4)로 인가되는 펄스파를 제어하여 상기 온오프 FET(Q4)를 온오프시킴으로써, 상기 인버터부(60)의 전단에 있는 제8 트랜지스터(Q8)의 온오프를 제어하도록 하는 기능을 수행하게 되며, 결과적으로 상기 입력단 과전류 검출부 또는 입력단 과전압 검출부는 상기 펄스파 제어칩(51)에 의하여 상기 인버터부(60)에 인가되는 전압을 조절함으로써 입력단에서 과전류 또는 과전압을 제어하는 기능을 수행하게 된다.

도 4 는 본 발명에 따른 다단계 전압인가 방법의 제1 실시예 흐름도로서, 상술된 2단 방법을 설명하기 위한 것이다. 또한, 도 5 는 본 발명에 따른 다단계 전압인가 방법의 제2 실시예 흐름도로서, 상술된 3단 방법을 설명하기 위한 것이다.

우선, 외부전원공급장치(80)를 통해 정류부(10)에 인가된 전원은 상기 보조 전원부(20)를 통해 상기 제어부(30)의 마이컴(31)을 구동하게 된다(402).

이때, 상기 마이컴(31)은 제6번핀(MICOM-H 단자)을 통해 PFC 제어 신호를 상기 스위칭부(40)로 전송하게 되며, 상기 PFC 제어 신호에 의해 상기 스위칭부(40)의 릴레이(RE2)가 온상태로 전환되면 상기 정류부(10)의 교류 전원은 브릿지 회로 에 의해 정류되어 상기 부스트 회로부(50)에 인가된다(404).

상기 브릿지 회로를 통해 정류되어 상기 부스트 회로부(50)에 인가된 전원에 의한 전압은 제48 저항(R48) 및 제22 다이오드(D22)를 거쳐 상기 인버터부(60)의 제7 콘덴서(C7)에 인가되며, 상기 제어부(30)의 인버팅 제어신호에 따라 온오프를 반복적으로 수행하는 상기 인버터부(50)의 두개의 FET(Q5, Q7)(스위칭 소자)에 의해 상기 제7 콘덴서(C7)에 인가된 직류전압은 교류전압으로 변환되어 상기 방전부(70)의 램프를 예비점등하게 된다(406). 이때, 상기 인버터부(60)의 제7 콘덴서(C7)에 인가된 전압은 도 3a 에 대한 설명에서 상술된 초기전압(a)이 된다.

한편, 상기 초기전압(a)이 생성되는 동안 상기 제어부(30)는 상기 부스트 회로부(50)의 펄스파 제어칩(51)에 펄스파 생성을 위한 제어신호를 전송하게 되며, 이로 인해 상기 펄스파 제어칩(51)에 의해 부스트 회로부(50)는 펄스파를 생성하게 된다(408). 즉, 상기 제어부(30)의 마이컴(31)의 제7번핀에서 생성된 제어신호에 의해 상기 부스트 회로부(50)의 제9 트랜지스터(Q9)가 온상태가 되면, 제11 트랜지스터(Q11) 역시 온상태로 전환되며, 이로인해 상기 펄스파 제어칩(51)은 펄스파를 발진하게 된다.

이때, 상기 펄스파에 의해 상기 부스트 컨버터의 온오프 FET(Q4)가 온상태로 전환되며, 이로인해 상기 정류부(10)의 브릿지 회로를 통해 인가된 전압은, 상술된 바와 같이 부스트 회로부(50)의 제7 인덕터 및 제3 다이오드(D3)를 통해 승압되어 그 일부가 최종전압(c)으로 상기 인버터부(60)에 인가된다(410).

한편, 상기에서 설명된 과정들은 상술된 2단 방법에 의하여 최종전압이 생성 되는 방법으로서, 상술된 3단 방법의 경우에는 상기 펄스파 생성과정(408)의 전 과정으로서 전압 지연과정(500)이 추가되게 된다.

즉, 상기 펄스파 생성과정(408)이 이루어지기 전에 상기 제어부(30)는 광소자(PC2)를 통해 상기 부스트 회로부(50)의 전압 지연부(52)를 온상태로 전환하게 되며, 상기 전압 지연부(52)에 의해 상기 부스트 회로부(50)의 제17 콘덴서(C17)에는 상기 2단 방법에 의한 전압보다 높은 소정의 전압이 생성되며 상기 소정의 전압에 의하여 상기 인버터부(60)(C17)에는 초기전압(a) 보다 상승된 중간전압(b)이 생성된다(500).

상기 중간전압(b)이 생성된 이후 상기 전압지연부(52)는 오프 상태로 전환되고, 상술된 바와 같은 펄스파 생성과정(408) 및 최종전압(c) 생성과정(410)에 의해 인버터부(60)에는 중간전압(b) 보다 상승된 최종전압(c)이 생성되며, 이로인해 상기 램프가 점등된다(410).

한편, 상술된 바와 같은 과정들을 통해 본 발명에 따른 다단계 전압인가 방법는 외부전원공급장치(80)로부터 인가된 전원을 승압하여 램프를 점등한 후 지속적으로 필요한 전원을 공급하게 되는 기본 과정을 거치게 되며, 램프가 점등된 이후에는 출력단 또는 입력단에서 과전압 또는 과전류를 감지하여 회로를 보호하는 기능을 수행하게 된다.

먼저, 출력단에서 과전압을 감지하는 방법은 다음과 같다.

즉, 상술된 바와 같은 과정들(402 내지 410 및 500)을 통해 램프를 점등하는 과정 또는 램프 점등 후 지속적인 전압 인가 과정 중에, 상기 방전부(70)의 출력단 과전압 검출부(71)는 상기 방전부의 변압기(T1 또는 T2)의 전압을 검출하여 상기 제어부(30)로 전송하게 되며, 상기 제어부(30)는 검출된 상기 전압과 기 설정되어 있는 전압치를 비교하여 과전압으로 판단된 경우에는 상기 부스트 회로부(50)의 승압동작을 제어함으로써 상기 방전부(70)에 과전압이 발생되는 것을 방지하게 된다.

다음으로, 출력단에서 과전류를 감지하는 방법은 다음과 같다.

즉, 상기 인버터부(60)의 스위칭용 FET(Q7)의 일측에는 전류 센서(CT)가 있어서, 상기 전류 센서(CT)는 검출된 전류값을 상기 제어부(30)로 전송하게 되며, 상기 제어부(30)는 검출된 상기 전류값과 기 설정되어 있는 전류치를 비교하여 과전류로 판단된 경우에는 상기 과전압 감지 방법과 마찬가지로 상기 부스트 회로부(50)의 승압동작을 제어함으로써 상기 방전부(70)에 과전류가 발생되는 것을 방지하게 된다. 이때, 본 발명은 상기 전류 센서(CT)로서, 솔레노이드 코일을 구부려서 원형으로 만든 트로이달 코어를 이용하고 있으며, 상기 트로이달 코어는 이미 널리이용되고 있는 소자임으로 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.

다음으로, 입력단에서 과전류를 감지하는 방법은 상기 입력단 과전류 검출부에 대한 설명에서 언급된 바와 같이, 상기 온오프 FET(Q4)의 온오프 동작에 따라 상기 제9 저항을 흐르는 펄스파의 전류를 상기 펄스파 제어칩(51)이 기준 전류치와 비교하여 펄스파의 펄스폭을 제어함으로써(펄스파 제어칩의 제3번칩(ISENS)에서 이루어짐), 입력단에서 과전류를 방지하게 된다.

마지막으로, 입력단에서 과전압을 감지하는 방법은 상기 입력단 과전압 검출부에 대한 설명에서 언급된 바와 같이, 상기 펄스파 제어칩(51)이 상기 제17 콘덴 서(C17)의 전압을 기준 전압치와 비교하여 펄스파의 펄스폭을 제어함으로써(펄스파 제어칩의 제4번칩(VEAO)에서 이루어짐) 입력단에서 과전압을 방지하게 된다.

즉, 상술된 바와 같은 본 발명은 외부전원공급장치(80)로부터 인가된 전원을 이용하여 단계적으로 승압시켜 램프를 점등하는 것으로서, 2단계를 거쳐 승압시키는 방법 또는 3단계를 거쳐 승압시키는 방법이 적용될 수 있으며, 부하의 안정적인 동작을 위하여 출력단 또는 입력단에 과전압 검출부 또는 과전류 검출부를 구비하여 전압 또는 전류를 제어하고 있다는 특징을 가지고 있다.

이상의 본 발명은 상기에서 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

상술된 바와 같은 본 발명은 초기 입력전압을 방전을 위한 최종전압으로 승압하는 과정에 있어서, 단계적으로 승압시키는 방법을 이용함으로써, 방전에 따른 전력 손실 및 회로의 손상을 방지할 수 있다는 우수한 효과가 있다.

Claims

다단계 전압인가 방식 안정기에 적용되는 다단계 전압인가 방법에 있어서,

(a) 스위칭부(40)가 스위칭 온상태로 전환되어 입력 교류 전원이 정류부(10)에 의해 정류되어 부스트 회로부(50)에 인가되는 단계;

(b) 상기 부스트 회로부(50)에 인가된 전원에 의해 초기전압(a)이 인버터부(60)에 인가되며, 인버터부(50)의 스위칭 소자(Q5, Q7)의 온/오프 동작에 의해 상기 초기전압(a)이 교류전압으로 변환되어, 방전부(70)가 예비 점등을 시도하는 단계;

(c) 상기 예비 점등을 시도하는 동안 상기 부스트 회로부(50)가 온상태로 전환되어, 상기 정류부(10)를 통해 인가된 전압이 상기 부스트 회로부(50)에 의해 승압되어 상기 인버터부(60)에 인가되는 단계; 및

(d) 상기 인버터부(60)의 상기 스위칭 소자(Q5, Q7)의 온오프 동작에 의해 상기 승압된 전압이 교류전압으로 변환되며, 방전부(70)가 상기 교류전압을 이용하여 램프들을 정상적으로 점등하는 단계

를 포함하는 다단계 전압인가 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 단계(c)는,

상기 부스트 회로부(50)의 전압지연부(52)가 온상태로 전환된 상태에서, 상 기 정류부(10)로부터 인가된 전압에 대해 상기 부스트 회로부(50)의 승압동작이 이루어짐으로써 중간전압(b)으로 1차 승압되어 상기 인버터부(60)에 인가되고, 다시 상기 전압지연부(52)가 오프상태로 전환됨으로써 최종전압(c)으로 2차 승압된 전압이 상기 인버터부(60)에 인가되어 3단계로 점차적으로 점등이 이루어지도록 하는 것

을 특징으로 하는 다단계 전압인가 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

(e) 램프가 점등된 이후, 상기 방전부(70)에서 출력전압 또는 출력전류를 감지하여 과전압 또는 과전류 감지시 상기 부스트 회로부(50)의 승압동작을 일시 중지 시키는 단계

를 더 포함하는 다단계 전압인가 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

(f) 상기 부스트 회로부(30)에서 입력 전류 또는 입력전압을 감지하여 과전류 또는 과전압 감지시 상기 부스트 회로부(50)의 승압동작을 일시 중지시킴으로써 과전류 또는 과전압을 방지하는 단계

를 더 포함하는 다단계 전압인가 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 단계(a) 내지 단계(d)의 각종 동작을 제어하는 출력 제어신호는 제어부(30)에 의하여 생성되는 것

을 특징으로 하는 다단계 전압인가 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

(g) 상기 램프 불능 시 또는 상기 램프의 오프 시 상기 인버터부(60)의 방전기(62)를 통해 충전 전압을 방전시키는 단계

를 더 포함하는 다단계 전압인가 방법.