KR100753679B1 - Circuit for lighting of electrodeless - Google Patents

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한수빈
박석인
정학근
정봉만
송유진
김규덕
유승원
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한국에너지기술연구원
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Abstract

A driving circuit for an electroless lamp is provided to reduce a switching loss in a high frequency region by using a MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) as a switching element. An inverter circuit includes two switching elements which are comprised in a half-bridge configuration and connected to a DC voltage source(1). A filter circuit(3) removes harmonic components from a square wave from the inverter and supplies a basic voltage and current to an electroless lamp(100). A gate driving circuit turns on/off the switching elements in the inverter circuit at a high speed. A phase difference detecting circuit(5) measures a phase difference of a signal which is detected by a current sensor(23). The current sensor is connected to an output terminal of the inverter circuit. An error amplifier circuit(6) compares the phase difference from the phase difference detecting circuit with a phase difference command value and amplifies the compared result. A VCO(Voltage Controlled Oscillator)(7) receives a signal from the error amplifier circuit and outputs a digital pulse for driving the gate driving circuit.

Description

무전극 램프용 점등 회로{Circuit for lighting of electrodeless}Lighting circuit for electrodeless lamps {Circuit for lighting of electrodeless}

도 1은 본 발명에 따른 무전극 램프용 점등 회로의 일예를 도시한 구성도이고, 1 is a configuration diagram showing an example of a lighting circuit for an electrodeless lamp according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 무전극 램프용 점등 회로를 구성하는 위상차 검출 회로와 오차 증폭 회로의 일예를 도시한 회로도, 2 is a circuit diagram showing an example of a phase difference detection circuit and an error amplifier circuit constituting a lighting circuit for an electrodeless lamp according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 무전극 램프용 점등 회로의 출력 파형들을 도시한 그래프,3 is a graph showing output waveforms of a lighting circuit for an electrodeless lamp according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 무전극 램프용 점등 회로를 구성하는 게이트 구동회로, 4 is a gate driving circuit constituting a lighting circuit for an electrodeless lamp according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 무전극 램프용 점등 회로를 구성하는 필터 회로의 일예, 5 is an example of a filter circuit constituting a lighting circuit for an electrodeless lamp according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 무전극 램프용 점등 회로를 구성하는 필터 회로의 다른 일예, 6 is another example of a filter circuit constituting a lighting circuit for an electrodeless lamp according to the present invention;

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

1 : 직류 전원1: DC power

2 : 인버터 회로2: inverter circuit

3 : 필터 회로3: filter circuit

4 : 게이트 구동 회로4: gate driving circuit

41 : 스위칭 회로  41: switching circuit

42 : 안정화 회로  42: stabilization circuit

5 : 위상차 검출 회로5: phase difference detection circuit

51 : 접속단  51: connection end

6 : 오차 증폭 회로6: error amplification circuit

7 : 전압 제어 발진기7: voltage controlled oscillator

본 발명은 점등 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1MHz 이상의 고주파수 영역에서도 스위칭 손실이 적고, 보다 저렴한 무전극 램프용 고주파 점등 회로에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lighting circuit, and more particularly, to a high frequency lighting circuit for an electrodeless lamp, which has less switching loss in a high frequency region of 1 MHz or more.

통상적으로 전기를 동력원으로 이용하는 램프에는 많은 종류의 것들이 있으며, 이러한 램프들 중 형광등에는 내부에 점등용 전극을 구비한 것과 내부에 점등용 전극이 없는 것으로 구분된다. Typically, there are many kinds of lamps using electricity as a power source, and among these lamps, fluorescent lamps are classified into those having a lighting electrode therein and those having no lighting electrode therein.

이러한 형광등들 중 내부에 전극이 없는 무전극 램프는 전극이 방전관 안에 없기 때문에 음극 강하에 의한 열적 에너지 손실이 전혀 없으므로 기존의 형광등 보다 전력 소모가 절감되는 효과가 있어 그 사용이 증가하고 있다. Among the fluorescent lamps, the electrodeless lamp having no electrode therein has no thermal energy loss due to the cathode drop because the electrode is not in the discharge tube, and thus, the use of the electrodeless lamp is more effective than the conventional fluorescent lamp.

이러한 무전극 램프는 1차 코일에 고주파를 인가하면 코일 주위에 자기장이 발생하게 되는고, 이 자기장이 2차 회로에 해당하는 방전관을 통과하면 페러데이의 원리에 의해 2차 회로에 기전력이 발생하게 되며, 발생한 기전력에 의해 방전관 내에 전자가 가속되어 발생된 플라즈마에서 나온 자외선이 유리관 내부에 도포된 형광체를 자극하여 가시 광선을 방출하게 하는 방식이다.When the high frequency is applied to the primary coil, the induction lamp generates a magnetic field around the coil. When the magnetic field passes through the discharge tube corresponding to the secondary circuit, electromotive force is generated in the secondary circuit according to the principle of Faraday. In addition, the ultraviolet rays emitted from the plasma generated by the electrons accelerated by the generated electromotive force stimulate the phosphor coated inside the glass tube to emit visible light.

이러한 무전극 램프는 250kHz내지 2.65MHz의 고주파수로 동작하여 눈의 피로를 덜 주는 등의 장점이 있다. The electrodeless lamp operates at a high frequency of 250 kHz to 2.65 MHz to reduce eye fatigue.

이러한 무전극 램프는 점등을 위한 회로가 구비되어야 하고, 이러한 무전극 형광 램프를 점등시키기 위한 동작회로가 많이 제안되어 사용되고 있으나 1MHz이상으로 동작하게 되면 스위칭 손실이 높아져서 기존의 구현방식으로는 동작이 어려워지고 특히, 고주파 스위치를 사용하면 가격이 매우 높아지게 되는 문제가 있었다. Such an electrodeless lamp should be provided with a circuit for lighting, and many operating circuits for lighting such an electrodeless fluorescent lamp have been proposed and used. In particular, the use of a high frequency switch has a problem that the price is very high.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 발명된 것으로, 저가의 상용 반도체를 사용하여 고주파로 동작해도 동작이 가능하게 점등회로를 구성함으로서 1MHz 이상의 고주파수 영역에서도 스위칭 손실이 적고, 보다 저렴하게 공급할 수 있는 무전극 램프용 고주파 점등 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been invented to solve the above problems, by using a low-cost commercial semiconductor to configure the lighting circuit to operate even when operating at high frequency, less switching loss in the high frequency region of 1MHz or more, which can be supplied more cheaply It is an object to provide a high frequency lighting circuit for an electrode lamp.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무전극 램프의 고주파 점등회로는 두 개의 스위칭 소자 Q21, Q22로 하프 브리지 형태로 구성되고, 직류전원과 연결된 인버터 회로와 ; 상기 인버터 회로로부터 출력되는 구형파에서 고조파 성분을 제거하여 기본파 성분의 주파수를 갖는 전압, 전류를 출력하여 무전극 광원에 제공하는 필터 회로와 ; 상기 인버터 회로를 구성하는 스위칭 소자 Q21, Q22를 빠른 스위칭 주파수로 온, 오프시키는 게이트 구동회로와 ; 상기 인버터 회로의 출력단에 설치된 전류 센서에 의해 감지된 신호의 위상차를 측정하는 위상차 검출 회로와 ; 상기 위상차 검출 회로에서 측정된 위상차 값과 위상차 명령값(Vref)을 비교하여 발생된 오차값을 증폭하여 출력하는 오차 증폭 회로와 ; 상기 오차 증폭 회로의 신호를 받아 발진하여 상기 게이트 구동회로의 구동을 위한 디지털 펄스를 출력하는 전압 제어 발진기로 구성됨을 특징으로 한다.The high frequency lighting circuit of the electrodeless lamp according to the present invention for achieving the above object is composed of two switching elements Q 21 , Q 22 in the form of a half bridge, an inverter circuit connected to a DC power supply; A filter circuit which removes harmonic components from the square wave output from the inverter circuit and outputs a voltage and a current having a frequency of the fundamental wave component to provide to the electrodeless light source; A gate driving circuit for turning on and off the switching elements Q 21 and Q 22 constituting the inverter circuit at a fast switching frequency; A phase difference detection circuit for measuring a phase difference of a signal sensed by a current sensor provided at an output terminal of the inverter circuit; An error amplifier circuit for amplifying and outputting an error value generated by comparing the phase difference value measured in the phase difference detection circuit with the phase difference command value Vref; And a voltage controlled oscillator for receiving and oscillating the signal of the error amplifier circuit and outputting a digital pulse for driving the gate driving circuit.

또한 본 발명에 따른 무전극 램프의 고주파 점등회로는 상기 스위칭 소자를 모스 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)로 구성하고, 상기 인버터 스위치의 구동 주파수는 200kHz이상 3MHz사이로 하며, 상기 전류센서는 저항을 포함하여 구성되거나 또는 홀센서를 포함하여 구성된 것들 중 어느 하나로 사용함에 의해 그 목적을 효과적으로 이룰 수 있다. In addition, the high frequency lighting circuit of the electrodeless lamp according to the present invention comprises the switching element of the MOSFET (MOSFET), the drive frequency of the inverter switch is 200kHz or more and 3MHz, the current sensor comprises a resistor Or by using any one of those configured to include a hall sensor.

더욱이, 상기 위상차 검출 회로는 두 개의 다이오드(D51, D53) 사이에 접속단에 상기 전류센서의 출력(CT-)이 연결되고, 두 개의 다이오드(D52, D54)사이에 상기 전류센서의 출력(CT+)를 연결하며, 출력(CT-)에 저항(R51)통해 상기 오차 증폭 회로(6)를 연결되고, 상기 오차 증폭 회로(6)와 병렬로 다이오드(D55)의 캐소드는 상기 게이트 구동 회로의 입력에 연결하여 구성하고, 상기 오차 증폭 회로는 연산 증 폭기(U1)과 저항(R61), 캐패시터(C61)로 구성되고 연산증폭기(U61)의 +단자에 위상차 명령신호(Vref) 입력단을 연결하고 - 단자에 위상차 검출회로의 출력단에 연결되어 구성하며, 상기 게이트 구동 회로는 상기 전압 제어 발진기로부터 전달되는 출력 펄스가 양의 값에 따라 스위칭 역할을 하는 두 개의 트랜지스터(Q41, Q42)와 두 개의 트랜지스터(Q43, Q44)가 각각 쌍을 이루는 두 쌍의 스위칭 회로와 ; 다이오드(D41, D42)와 직렬로 연결되어 방전 전류를 제어하는 저항(R42, R45)와, 상기 저항(R42, R45)와 병렬로 연결된 전류제어용 저항(R41, R44)과, 상기 저항(R41, R44)과 직렬로 연결된 전압 강하용 저항(R43, R44)으로 구성되어 상기 스위칭 회로의 출력 전압, 정류를 안정화시키는 두 쌍의 안정화 회로로 구성되며, 상기 두쌍의 스위칭 회로 중 어느 하나에는 인버터(INV)를 더 구비하여 구성될 수 있다. Furthermore, the phase difference detection circuit has an output CT- of the current sensor connected to a connection terminal between two diodes D 51 and D 53 , and the current sensor between two diodes D 52 and D 54 . Is connected to the output CT +, and the error amplifier circuit 6 is connected to the output CT- via a resistor R 51 , and the cathode of the diode D 55 is connected in parallel with the error amplifier circuit 6. The error amplification circuit includes an operational amplifier (U 1 ), a resistor (R 61 ), a capacitor (C 61 ), and a phase difference between the + terminals of the operational amplifier (U 61 ). The input terminal of the command signal (Vref) is connected, and the-terminal is connected to the output terminal of the phase difference detection circuit. (Q 41 , Q 42 ) and two transistors (Q 43 , Q 44 ) two pairs of switching circuits each paired; Resistors R 42 and R 45 connected in series with the diodes D 41 and D 42 to control the discharge current, and resistors R 41 and R 44 connected in parallel with the resistors R 42 and R 45 . ) And a voltage drop resistor (R 43 , R 44 ) connected in series with the resistors (R 41 , R 44 ) and two pairs of stabilization circuits to stabilize the output voltage and rectification of the switching circuit. One of the two pairs of switching circuits may further include an inverter INV.

또한, 상기 필터 회로는 직렬로 인덕터(L)와 직렬 캐패시터(Cs)를 연결하고 후단에 캐패시터(Cp)를 병렬로 연결하여 구성된 LCC형이거나 또는, 병렬로 인덕터(L)와 캐패시터(Cp)를 연결하고 후단에 직열 캐패시터(Cs)를 연결하여 구성된 LC-C형중 어느 하나를 사용할 수 있다. In addition, the filter circuit is an LCC type configured by connecting an inductor L and a series capacitor Cs in series and connecting a capacitor Cp in parallel at the rear end, or inductor L and a capacitor Cp in parallel. Any type of LC-C type can be used by connecting and connecting the series capacitor Cs to the rear stage.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce.

도 1은 본 발명에 따른 무전극 램프용 점등 회로의 일예를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 무전극 램프용 점등 회로를 구성하는 위상차 검출 회로 와 오차 증폭 회로의 일예를 도시한 회로도이고, 도 3은 본 발명에 따른 무전극 램프용 점등 회로의 출력 파형들을 도시한 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 무전극 램프용 점등 회로를 구성하는 게이트 구동회로이고, 도 5는 본 발명에 따른 무전극 램프용 점등 회로를 구성하는 필터 회로의 일예이고, 도 6은 본 발명에 따른 무전극 램프용 점등 회로를 구성하는 필터 회로의 다른 일예이다. 1 is a configuration diagram showing an example of a lighting circuit for an electrodeless lamp according to the present invention, Figure 2 is a view showing an example of a phase difference detection circuit and an error amplifier circuit constituting the lighting circuit for an electrodeless lamp according to the present invention. 3 is a graph showing output waveforms of a lighting circuit for an electrodeless lamp according to the present invention, FIG. 4 is a gate driving circuit constituting a lighting circuit for an electrodeless lamp according to the present invention, and FIG. It is an example of the filter circuit which comprises the lighting circuit for electrodeless lamps which concerns on this invention, and FIG. 6 is another example of the filter circuit which comprises the lighting circuit for electrodeless lamps which concerns on this invention.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 무전극 램프용 점등 회로는 두 개의 스위칭 소자 Q21, Q22로 하프 브리지 형태로 구성되고, 직류전원(1)과 연결된 인버터 회로(2)와 ; 상기 인버터 회로(2)로부터 출력되는 구형파에서 고조파 성분을 제거하여 기본파 성분의 주파수를 갖는 전압, 전류를 출력하여 무전극 광원(100)에 제공하는 필터 회로(3)와 ; 상기 인버터 회로(2)를 구성하는 스위칭 소자 Q21, Q22를 빠른 스위칭 주파수로 온, 오프시키는 게이트 구동회로(4)와 ; 상기 인버터 회로(2)의 출력단에 설치된 전류 센서(23)에 의해 감지된 신호의 위상차를 측정하는 위상차 검출 회로(5)와 ; 상기 위상차 검출 회로(5)에서 측정된 위상차 값과 위상차 명령값(Vref)을 비교하여 발생된 오차값을 증폭하여 출력하는 오차 증폭 회로(6)와 ; 상기 오차 증폭 회로(6)의 신호를 받아 발진하여 상기 게이트 구동회로(4)의 구동을 위한 디지털 펄스를 출력하는 전압 제어 발진기(7)로 구성된다. As shown, the lighting circuit for an electrodeless lamp according to the present invention is composed of two switching elements Q 21 and Q 22 in the form of a half bridge, and an inverter circuit 2 connected to a DC power source 1; A filter circuit (3) which removes harmonic components from the square wave output from the inverter circuit (2) and outputs a voltage and a current having a frequency of fundamental wave components to provide to the electrodeless light source (100); A gate driving circuit 4 for turning on and off the switching elements Q 21 and Q 22 constituting the inverter circuit 2 at a fast switching frequency; A phase difference detection circuit (5) for measuring the phase difference of the signal sensed by the current sensor (23) provided at the output terminal of the inverter circuit (2); An error amplifier circuit 6 for amplifying and outputting an error value generated by comparing the phase difference value measured by the phase difference detection circuit 5 with the phase difference command value Vref; It is composed of a voltage controlled oscillator 7 which oscillates by receiving the signal of the error amplifier circuit 6 and outputs a digital pulse for driving the gate driving circuit 4.

상기 인버터 회로(2)는 정류한 후 스위치로 단속시키고 고전압으로 승압시킨 후 승압된 고전압을 고주파 신호로 초핑하여 에너지를 저장하거나 변환시키는 수단으로 후단의 필터 회로(3)에 의해 필터링된 전원이 광원(100)에 제공된다. The inverter circuit 2 is a means for rectifying the switch after the rectification and stepping up to a high voltage, and then chopping the boosted high voltage into a high frequency signal to store or convert energy. Provided at 100.

상기 인버터 회로(2)에 의해 인버팅된 전원은 필터 회로(3)에 의해 구형파의 고조파 성분이 필터릴 된 상태로 광원(100)에 공급되며, 상기 필터 회로(3)는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 LCC형이나 LC-C형이 사용될 수 있으며, 상기 LCC형은 직렬로 인덕터(L)와 직렬 캐패시터(Cs)를 연결하고 후단에 캐패시터(Cp)를 병렬로 연결하여 구성되고, LC-C형은 병렬로 인덕터(L)와 캐패시터(Cp)를 연결하고 후단에 직열 캐패시터(Cs)를 연결하여 구성된다. The power inverted by the inverter circuit 2 is supplied to the light source 100 with the harmonic content of the square wave filtered by the filter circuit 3, and the filter circuit 3 is connected to FIGS. 5 and 6. As shown in the figure, LCC type or LC-C type may be used, and the LCC type is configured by connecting an inductor L and a series capacitor Cs in series and connecting a capacitor Cp in parallel at a rear end thereof. The LC-C type is configured by connecting an inductor (L) and a capacitor (Cp) in parallel and connecting a series capacitor (Cs) at the rear end.

상기 인버터 회로(2)를 구성하는 스위칭 소자Q21, Q22는 모스 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)로 구성함으로서 보다 적은 전력으로 작동할 수 있게 하였으며, 구동 주파수는 200kHz이상 3MHz사이에서 이루어지게 하였다. The switching elements Q 21 and Q 22 constituting the inverter circuit 2 can be operated with less power by configuring a MOS field effect transistor (MOSFET), and the driving frequency is made between 200kHz and 3MHz.

상기와 같이 구성된 점등 회로에는 상기 게이트 구동 회로(4)를 이용하여 상기 인버터 회로(2)를 구성하는 스위칭 소자 Q21, Q22를 온, 오프시키고 있다. In the lighting circuit configured as described above, the switching elements Q 21 and Q 22 constituting the inverter circuit 2 are turned on and off using the gate driving circuit 4.

상기 게이트 구동 회로(4)는 두 개의 트랜지스터들로 구성된 두 쌍의 스위칭 회로(41)와 상기 스위칭 회로(41)의 출력을 안정화 시켜 인버터 회로(2)에 공급하는 안정화 회로(42)로 구성되며, 상기 스위칭 회로(41)는 상기 전압 제어 발진기(7)로부터 전달되는 출력 펄스가 양의 값에 따라 스위칭 역할을 하는 두 개의 트랜지스터(Q41, Q42)와 두 개의 트랜지스터(Q43, Q44)가 각각 쌍을 이루도록 구성되어 있다. The gate driving circuit 4 is composed of two pairs of switching circuits 41 composed of two transistors and a stabilization circuit 42 for stabilizing the output of the switching circuit 41 and supplying the inverter circuit 2. The switching circuit 41 includes two transistors Q 41 and Q 42 and two transistors Q 43 and Q 44 in which the output pulses transmitted from the voltage controlled oscillator 7 switch according to positive values. ) Are each paired.

상기 두 쌍의 스위칭 회로(41)들 중 일측의 스위칭 회로에는 인버터(INV)가 더 구비되어 있어 전압 제어 발진기(7)로부터 입력되는 전압 파형이 + 또는 - 일경 우를 불문하고 일정한 전압이 출력되게 하였다. One of the two pairs of switching circuits 41 is further provided with an inverter INV so that the voltage waveform input from the voltage controlled oscillator 7 is output a constant voltage regardless of + or-one case. It was.

상기 안정화 회로(42) 역시 두 개가 한쌍을 이루고 있으며, 다이오드(D41, D42)와 직렬로 연결되어 방전 전류를 제어하는 저항(R42, R45)와, 상기 저항(R42, R45)와 병렬로 연결된 전류제어용 저항(R41, R44)과, 상기 저항(R41, R44)과 직렬로 연결된 전압 강하용 저항(R43, R44)으로 구성되어 상기 스위칭 회로(41)의 출력 전압, 정류를 안정화시킨다. And achieve the stabilization circuit 42 also one pairs of two dogs, a diode (D 41, D 42) and are connected in series to the resistance which controls the discharge current (R 42, R 45) and said resistance (R 42, R 45 ) Is configured of a current control resistor (R 41 , R 44 ) and connected in parallel to the resistor (R 41 , R 44 ) and a voltage drop resistor (R 43 , R 44 ) in series with the switching circuit (41). Output voltage, stabilizes rectification.

상기 게이트 구동 회로(4)는 전단에 구성된 위상차 검출 회로(5)와 오차 증폭 회로(6) 및 전압 제어 발진기(7)에 N의해 제공되는 신호에 의해 구동된다.The gate drive circuit 4 is driven by a signal provided by N to the phase difference detection circuit 5, the error amplifier circuit 6, and the voltage controlled oscillator 7 configured at the front end.

상기 위상차 검출 회로(5)는 상기 인버터 회로(2)의 출력의 위상차를 검출하는 회로로서 두 개의 다이오드(D51, D53) 사이에 접속단(51)에 상기 전류센서(23)의 출력(CT-)가 연결되고, 두 개의 다이오드(D52, D54)사이에 상기 전류센서(23)의 출력(CT+)를 연결하며, 출력(CT-)에 저항(R51)통해 상기 오차 증폭 회로(6)를 연결되고, 상기 오차 증폭 회로(6)와 병렬로 다이오드(D55)의 캐소드는 상기 게이트 구동 회로(4)의 입력에 연결하여 구성된다. The phase difference detection circuit 5 is a circuit for detecting the phase difference of the output of the inverter circuit 2 and outputs the current sensor 23 to the connection terminal 51 between two diodes D 51 and D 53 . CT-) is connected, the output CT + of the current sensor 23 is connected between the two diodes (D 52 , D 54 ), the error amplification circuit through the resistor (R 51 ) to the output (CT-) (6) is connected, the cathode of the diode (D 55 ) in parallel with the error amplifier circuit 6 is configured by connecting to the input of the gate drive circuit (4).

상기 위상차 검출 회로(5)의 출력 즉, 위상차 값은 오차 증폭 회로(6)의 -단에 입력되고 기준이 되는 위상차 명령신호(Vref)와 비교하는 오차 증폭 회로(6)에 전달되어 증폭된 상태로 전압 제어 발진기(7)에 공급된다.The output of the phase difference detecting circuit 5, that is, the phase difference value is input to the negative terminal of the error amplifying circuit 6 and transmitted to the error amplifying circuit 6 comparing with the reference phase difference command signal Vref and amplified. The furnace is supplied to a voltage controlled oscillator 7.

상기 오차 증폭 회로(6)는 연산 증폭기(U1)과 저항(R61), 캐패시터(C61)로 구성되고 연산증폭기(U61)의 +단자에 위상차 명령신호(Vref) 입력단을 연결하고 - 단자에 위상차 검출회로(5)의 출력단(54)에 연결되어 구성된다. The error amplifier circuit 6 includes an operational amplifier U 1 , a resistor R 61 , a capacitor C 61 , and connects a phase difference command signal Vref input terminal to a + terminal of an operational amplifier U 61 . The terminal is connected to the output terminal 54 of the phase difference detection circuit 5.

상기 위상차 검출 회로(5)는 도 1에 도시한 바와 같이 인버터 회로(2)의 출력단으 전류를 감지하여 위상차를 계산하고 이렇게 전류를 간지하기 위한 수단으로 상기한 전류센서(23)를 구비하고 있다. As shown in FIG. 1, the phase difference detecting circuit 5 includes the current sensor 23 as a means for detecting a current at the output terminal of the inverter circuit 2, calculating a phase difference, and interleaving the current. .

상기 전류센서(23)는 저항을 포함하여 구성되거나 또는 홀센서를 포함하여 구성된 것들 중 어느 하나로서 이러한 전류센서는 통상정으로 많이 사용되는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. The current sensor 23 is configured to include a resistor or one of those configured to include a Hall sensor, such a current sensor is commonly used a lot, and detailed description thereof will be omitted.

이하 본 발명에 따른 무전극 램프 고주파 점등 회로의 작동을 구성의 상세한 설명과 함께 설명한다. Hereinafter, the operation of the electrodeless lamp high frequency lighting circuit according to the present invention will be described with the detailed description of the configuration.

상기 직류전원(1)은 기존의 안정기에서 상용 교류전원을 정류하여 직류전원을 만들고 이를 인버터로 램프를 구동하게 하는 것은 동일하다. The DC power source 1 is the same as to rectify the commercial AC power in the existing ballast to make a DC power source and drive the lamp with an inverter.

직류전원(1)은 스위칭 소자 Q21, Q22로 구성된 하프 브리지 형태의 인버터 회로(2)와 연결되며, 인버터 출력은 필터 회로(3)를 통해서 무전극 광원(100)에 전력을 공급하게 된다. The DC power supply 1 is connected to the half-bridge type inverter circuit 2 composed of switching elements Q 21 and Q 22 , and the inverter output supplies power to the electrodeless light source 100 through the filter circuit 3. .

상기 필터 회로(3)는 인버터 출력의 구형파의 고조파 성분을 제거하여 기본파 성분의 주파수를 갖는 전압, 전류가 광원을 구동하도록 하며, 상기 위칭 소자들 Q21, Q22을 빠른 스위칭 주파수로 온 오프시키기 위해서는 게이트 구동 회로(5)가 요 구된다. The filter circuit 3 removes the harmonic components of the square wave of the inverter output so that a voltage and a current having a frequency of the fundamental wave components drive the light source, and turn on and off the switching elements Q 21 and Q 22 at a fast switching frequency. In order to achieve this, the gate driving circuit 5 is required.

상기 인버터 회로(2)의 스위창은 무전극 광원(100)에 필요한 전력을 공급하도록 제어되어야 하며 이는 인버터 출력의 파형과 출력 전류와의 위상차를 일정하게 제어함으로 가능하며, 이를 위해서 인버터 출력의 전류를 전류 센서(23)로 감지하고, 감지된 신호를 위상차 검출 회로(5)를 이용하여 위상차를 측정한다. The switch window of the inverter circuit 2 should be controlled to supply the necessary power to the electrodeless light source 100, which is possible by controlling the phase difference between the waveform of the inverter output and the output current constantly. Is detected by the current sensor 23, and the detected signal is measured using the phase difference detection circuit (5).

측정된 위상차의 값은 오차 증폭 회로(6)의 -측 단자로 입력되고, + 단자로 입력된 위상차 명령값(Vref)와 비교하여 그 오차에 비례하는 출력 값이 전압 제어 발진기(7)(Voltage Contolled Oscillator)에 공급된다. The value of the measured phase difference is input to the negative terminal of the error amplifier circuit 6, and the output value proportional to the error is compared with the phase difference command value Vref input to the positive terminal and the voltage controlled oscillator 7 (Voltage Contolled Oscillator).

전압 제어 발진기(7)는 입력값에 대해 주파수가 비례하는 디지털 펄스를 출력시키고 이것이 게이트 구동 회로(4)를 동작시키게 된다. The voltage controlled oscillator 7 outputs a digital pulse whose frequency is proportional to the input value, which causes the gate driving circuit 4 to operate.

상기 위상차 검출 회로(4)와 오차 증폭 회로(6)의 회로의 일예는 도 2와 같고, 전류 센서(23)의 출력인 CT+, CT-이 각각 다이오드 D51과 D53사이의 접점(51)과 다이오드 D52와 D54사이 의 접점(52)에 연결된다. An example of a circuit of the phase difference detection circuit 4 and the error amplifier circuit 6 is shown in FIG. 2, and the contact points 51 between the diodes D 51 and D 53 are CT + and CT- which are outputs of the current sensor 23, respectively. And a contact 52 between diodes D 52 and D 54 .

이러한 위상차 검출 회로(4)의 동작은 도 3에 도시한 바와 같이 인버터 출력 및 인버터 출력 전류 파형과 같고 두 파형 사이에는 위상차(θ)가 항상 발생한다. The operation of the phase difference detecting circuit 4 is the same as the waveform of the inverter output and the inverter output current as shown in FIG. 3, and the phase difference θ always occurs between the two waveforms.

전류센서(23)의 출력인 CT-가 CT+보다 크게 되면 다이오드 D51과 D54 가 도통하여 +12V가 접점(51)에 나타나고, CT-가 CT+보다 작게 되면 다이오드 D52와 D53가 연결되어 접점(51)은 0V가 된다. When CT-, the output of the current sensor 23, becomes larger than CT +, diodes D 51 and D 54 are turned on so that + 12V appears at the contact 51. When CT- is smaller than CT +, diodes D 52 and D 53 are connected. The contact 51 becomes 0V.

이 접점(51)에서의 파형이 도 3에 도시되었다. The waveform at this contact 51 is shown in FIG.

다이오드 D55의 캐소드는 게이트 구동 회로(4)의 입력에 연결되는 데, 이에 따라서 접점(51)의 파형이 12V가 되어도 게이트 구동 회로(4)의 입력이 0V이면 다이오드 D55가 도통하여 접점(53)에는 0V가 출력된다. The cathode of the diode D 55 is connected to the input of the gate driving circuit 4. Thus, even if the waveform of the contact 51 is 12V, if the input of the gate driving circuit 4 is 0V, the diode D 55 conducts and the contact ( 53) outputs 0V.

결과적으로 위상차 검출 회로(5)의 출력은 도 3에 도시한 바와 같이 접점(51)의 출력과 게이트 구동 회로(4)의 입력 신호의 출력이 모두 12V일때만 12V가 출력되며, 이는 결과적으로 위상차 (θ)에 해당되는 신호를 출력하게 되므로 위상차(θ)에 비례하는 신호를 검출하게 된다. As a result, as shown in FIG. 3, the output of the phase difference detecting circuit 5 is outputted only 12V when the output of the contact 51 and the output of the input signal of the gate driving circuit 4 are both 12V. Since a signal corresponding to (θ) is output, a signal proportional to the phase difference (θ) is detected.

상기 오차 증폭 회로(6)는 연산증폭기(U61)의 +단자에 위상차 명령값(Vref)을 연산증폭기의 -단자에 위상차 검출 회로(5)의 출력을 연결하고 저항(U62)와 캐패시터(C62)로 적분기로서 동작하게 된다. The error amplifying circuit 6 connects the phase difference command value Vref to the + terminal of the operational amplifier U 61 and the output of the phase difference detection circuit 5 to the-terminal of the operational amplifier. The resistor U 62 and the capacitor ( C 62 ) to act as an integrator.

위상차 명령값(Vref)와 접점(53)의 평균값의 차이에 비례하여 오차 증폭 회로(6)의 출력신호가 발생한다. 즉 차이가 크면 오차 증폭 회로(6)의 출력신호는 증가하고 차이가 작으면 출력신호는 감소한다. An output signal of the error amplifier circuit 6 is generated in proportion to the difference between the phase difference command value Vref and the average value of the contact 53. In other words, if the difference is large, the output signal of the error amplifier circuit 6 increases, and if the difference is small, the output signal decreases.

전압 제어 발진기(7)는 상용 IC인 VCO IC를 사용하거나 UC 3875와 같은 PWM 제어기 내의 전압 제어 발진 기능을 이용하여 구성하며, 전압 제어 발진기(7)는 아날로그 신호의 크기에 주파수가 비례하는 디지털 펄스 신호를 출력하는 역할을 한다. The voltage controlled oscillator 7 is configured by using a commercially available VCO IC or by using a voltage controlled oscillation function in a PWM controller such as UC 3875. The voltage controlled oscillator 7 is a digital pulse whose frequency is proportional to the magnitude of an analog signal. It outputs a signal.

게이트 구동 회로(4)는 도 4에 도시한 바와 같이 구성되며, 이러한 게이트 구동 회로(4)의 입력은 전압 제어 발진기(7)의 펄스 출력에 연결되어 신호를 받는다. The gate driving circuit 4 is configured as shown in Fig. 4, and the input of this gate driving circuit 4 is connected to the pulse output of the voltage controlled oscillator 7 and receives a signal.

펄스 신호가 양의 값이면 Q41과 Q44가 도통되어 게이트 트랜스포머(T1)의 1차측에 양의 값의 펄스가 인가되며, 이것은 2차측의 Vo1은 양의 값이 되고, Vo2는 음의 값의 전압이 출력되게 된다. If the pulse signal is a positive value, Q 41 and Q 44 are turned on so that a positive pulse is applied to the primary side of the gate transformer T 1 , where Vo 1 on the secondary side is positive and Vo 2 is negative. The voltage of the value is output.

Vo1이 음의 값이면 Vo2는 양의 값으로 항상 반전되어 출력되고, Vo1이 양의 값일 때는 스위칭 소자(Q21)의 게이트에 양의 전압이 인가되므로 스위칭 소자(Q21)은 온상태가 되어 도통된다.Vo1 If this negative value Vo2 are output is always inverting into a positive value, when the value of Vo1 is positive switching device, so a positive voltage to the gate of the (Q 21) is a switching element (Q 21) is in an on state It is conducting.

저항(R43)은 게이트의 전압이 너무 커서 스위칭 소자(Q21)를 손상주지 않도록 전압강하를 시키는 역할을 하며 통상 10-15V사이로 조정한다. 저항(R41)은 게이트로 유입되는 전류의 양을 제어하고, Vo1이 음의 값이 되면 다이오드(D41)이 도통하여 스위칭 소자(Q21)의 게이트 입력의 내부 캐패시터의 충전에너지를 방전시키게 되며, 저항(R42)은 이 방전 전류를 제어하며, 저항(R42)은 통상 저항(R41)보다 작으므로 대부분 방전 전류는 저항 저항(R42)로 방전하게 된다. The resistor R 43 serves to lower the voltage so that the voltage of the gate is too large to damage the switching element Q 21 , and is usually adjusted between 10-15V. The resistor R 41 controls the amount of current flowing into the gate, and when Vo1 becomes negative, the diode D 41 conducts to discharge the charging energy of the internal capacitor of the gate input of the switching element Q 21 . The resistor R 42 controls this discharge current, and since the resistor R 42 is usually smaller than the resistor R 41 , most of the discharge current is discharged to the resistor R 42 .

또 다른 트랜스 2차측인 Vo2, 저항(R44), 저항(R45), 저항(R46)의 동작도 위와 동일하다. Further it is also the same as above operation of the secondary side of another transformer Vo2, a resistance (R 44), resistor (R 45), resistor (R 46).

이상에서 상세히 기술한 바와 같이, 본 발명은 저가의 상용 반도체를 사용하여 고주파로 동작해도 동작이 가능하게 점등회로를 구성함으로서 1MHz 이상의 고주파수 영역에서도 스위칭 손실이 적고, 보다 저렴하게 공급할 수 있는 효과가 있다. As described in detail above, the present invention has an effect that the switching circuit can be supplied at a low cost even in the high frequency region of 1 MHz or more by constructing a lighting circuit that can operate even at high frequency using a low-cost commercial semiconductor. .

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 문언에 의해서만 제한 해석될 수 있다. While the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many various obvious modifications are possible without departing from the scope of the invention from this description. Accordingly, the invention can only be construed limited by the words of the appended claims.

Claims (8)

두 개의 스위칭 소자 Q21, Q22(21, 22)로 하프 브리지 형태로 구성되고, 직류전원(1)과 연결된 인버터 회로(2)와 ; An inverter circuit 2 composed of two switching elements Q 21 , Q 22 (21, 22) in the form of a half bridge, connected to a DC power source 1; 상기 인버터 회로(2)로부터 출력되는 구형파에서 고조파 성분을 제거하여 기본파 성분의 주파수를 갖는 전압, 전류를 출력하여 무전극 광원(100)에 제공하는 필터 회로(3)와 ; A filter circuit (3) which removes harmonic components from the square wave output from the inverter circuit (2) and outputs a voltage and a current having a frequency of fundamental wave components to provide to the electrodeless light source (100); 상기 인버터 회로(2)를 구성하는 스위칭 소자 Q21(21), Q22(22)를 빠른 스위칭 주파수로 온, 오프시키는 게이트 구동회로(4)와 ; A gate driving circuit 4 for turning on and off the switching elements Q 21 (21) and Q 22 (22) constituting the inverter circuit 2 at a fast switching frequency; 상기 인버터 회로(2)의 출력단에 설치된 전류 센서(23)에 의해 감지된 신호의 위상차를 측정하는 위상차 검출 회로(5)와 ; A phase difference detection circuit (5) for measuring the phase difference of the signal sensed by the current sensor (23) provided at the output terminal of the inverter circuit (2); 상기 위상차 검출 회로(5)에서 측정된 위상차 값과 위상차 명령값(Vref)을 비교하여 발생된 오차값을 증폭하여 출력하는 오차 증폭 회로(6)와 ; An error amplifier circuit 6 for amplifying and outputting an error value generated by comparing the phase difference value measured by the phase difference detection circuit 5 with the phase difference command value Vref; 상기 오차 증폭 회로(6)의 신호를 받아 발진하여 상기 게이트 구동회로(4)의 구동을 위한 디지털 펄스를 출력하는 전압 제어 발진기(7)로 구성됨을 특징으로 하는 무전극 램프의 고주파 점등회로.And a voltage controlled oscillator (7) for receiving and oscillating the signal of the error amplifier circuit (6) to output a digital pulse for driving the gate driving circuit (4). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스위칭 소자는 모스 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)로 구성됨을 특징으 로 하는 무전극 램프용 고주파 점등 회로.The switching element is a high frequency lighting circuit for an electrodeless lamp, characterized in that consisting of a MOS field effect transistor (MOSFET). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 스위칭 소자의 구동 주파수는 200kHz이상 3MHz사이임을 특징으로 하는 무전극 램프용 고주파 점등 회로.The driving frequency of the switching element is a high frequency lighting circuit for an electrodeless lamp, characterized in that between 200kHz and 3MHz. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 전류센서(23)는 저항을 포함하여 구성되거나 또는 홀센서를 포함하여 구성된 것들 중 어느 하나임을 특징으로 하는 무전극 램프용 고주파 점등 회로.The current sensor (23) is a high frequency lighting circuit for an electrodeless lamp, characterized in that any one comprising a resistor or configured to include a Hall sensor. 제 4 항에 있어서, 상기 위상차 검출 회로(5)는 두 개의 다이오드(D51, D53) 사이에 접속단(51)에 상기 전류센서(23)의 출력(CT-)가 연결되고, 두 개의 다이오드(D52, D54)사이에 상기 전류센서(23)의 출력(CT+)를 연결하며, 출력(CT-)에 저항(R51)통해 상기 오차 증폭 회로(6)를 연결되고, 상기 오차 증폭 회로(6)와 병렬로 다이오드(D55)의 캐소드는 상기 게이트 구동 회로(4)의 입력에 연결하여 구성됨을 특징으로 하는 무전극 램프용 고주파 점등 회로.5. The phase difference detecting circuit 5 of claim 4, wherein the output CT- of the current sensor 23 is connected to a connection terminal 51 between two diodes D 51 and D 53 . The output CT + of the current sensor 23 is connected between the diodes D 52 and D 54 , and the error amplifying circuit 6 is connected to the output CT- through a resistor R 51 . The cathode of the diode D 55 in parallel with the amplifying circuit 6 is connected to the input of the gate driving circuit 4, characterized in that the high frequency lighting circuit for an electrodeless lamp. 제 5 항에 있어서, 상기 오차 증폭 회로(6)는 연산 증폭기(U1)과 저항(R61), 캐패시터(C61)로 구성되고 연산증폭기(U61)의 +단자에 위상차 명령신호(Vref) 입력단을 연결하고 - 단자에 위상차 검출회로(5)의 출력단(54)에 연결되어 구성됨을 특징으로 하는 무전극 램프용 고주파 점등 회로.6. The error amplifier circuit (6) according to claim 5, wherein the error amplifier circuit (6) is composed of an operational amplifier (U 1 ), a resistor (R 61 ), a capacitor (C 61 ), and a phase difference command signal (Vref) at the + terminal of the operational amplifier (U 61 ). ) A high frequency lighting circuit for an electrodeless lamp, characterized in that the input terminal is connected and the terminal is connected to the output terminal 54 of the phase difference detection circuit (5). 제 6 항에 있어서, 상기 게이트 구동 회로(4)는 상기 전압 제어 발진기(7)로부터 전달되는 출력 펄스가 양의 값에 따라 스위칭 역할을 하는 두 개의 트랜지스터(Q41, Q42)와 두 개의 트랜지스터(Q43, Q44)가 각각 쌍을 이루는 두 쌍의 스위칭 회로(41)와 ; The method of claim 6, wherein the gate driving circuit 4 comprises two transistors (Q 41, Q 42) and two transistors for the switching roles, depending on the value of the output pulses are both transmitted from the voltage controlled oscillator (7) Two pairs of switching circuits 41 in which Q 43 and Q 44 each pair; 다이오드(D41, D42)와 직렬로 연결되어 방전 전류를 제어하는 저항(R42, R45)와, 상기 저항(R42, R45)와 병렬로 연결된 전류제어용 저항(R41, R44)과, 상기 저항(R41, R44)과 직렬로 연결된 전압 강하용 저항(R43, R44)으로 구성되어 상기 스위칭 회로(41)의 출력 전압, 정류를 안정화시키는 두 쌍의 안정화 회로(42)로 구성되며, Resistors R 42 and R 45 connected in series with the diodes D 41 and D 42 to control the discharge current, and resistors R 41 and R 44 connected in parallel with the resistors R 42 and R 45 . ) and the resistor (R 41, R 44) and consists of a series resistor (R 43, R 44) for the voltage drop associated with stabilization of two pairs of stabilizing the output voltage, the rectifier of the switching circuit 41, a circuit ( 42), 상기 두쌍으 스위칭 회로(41)중 어느 하나에는 인버터(INV)가 더 구비됨을 특징으로 하는 무전극 램프용 고주파 점등 회로.One of the two switching circuits (41) is a high frequency lighting circuit for an electrodeless lamp, characterized in that the inverter (INV) is further provided. 제 7 항에 있어서, 상기 필터 회로(3)는 직렬로 인덕터(L)와 직렬 캐패시터(Cs)를 연결하고 후단에 캐패시터(Cp)를 병렬로 연결하여 구성된 LCC형이거나 또는, 병렬로 인덕터(L)와 캐패시터(Cp)를 연결하고 후단에 직열 캐패시터(Cs)를 연 결하여 구성된 LC-C형중 어느 하나임을 특징으로 하는 무전극 램프용 고주파 점등 회로.8. The filter circuit (3) according to claim 7, wherein the filter circuit (3) is of an LCC type configured by connecting an inductor (L) and a series capacitor (Cs) in series and a capacitor (Cp) in parallel at a rear end thereof, or inductor (L) in parallel. ) Is a high frequency lighting circuit for an electrodeless lamp, characterized in that it is any one of the LC-C type configured by connecting a capacitor (Cp) and a series capacitor (Cs) at the rear end.
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