KR100824359B1 - 콜드캐소드 방전관용 전자식안정기 - Google Patents

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박진세
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(주)선광
이원규
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Abstract

본 발명은 동일한 소비전력에 대하여 네온램프나 형광램프보다 밝고 수명은 훨씬 긴 콜드캐소드램프를 안정적으로 동작시킬 수 있도록 설계 제작한 콜드캐소드램프의 전자식안정기에 관한 것이다.
본 발명은 콜드캐소드램프를 안정적 동작시키기 위하여 상용전원에서 노이즈필터로 잡음을 제거하고, 교류신호를 직류신호로 변환하기 위하여 상기 노이즈가 제거된 교류신호를 정류하고 변환된 직류신호를 고속스위칭 회로를 사용하여 필요한 고주파신호로 변환하는 인버터를 구비하고, 변환된 고주파신호로부터 콜드캐소드램프의 방전개시 때 필요한 높은 전압을 얻기 위하여 변압기의 내압 및 내절연성을 이룰 수 있는 섹션구조로 설계 제작하여 승압시키는 승압 및 방전회로를 구비하며, 방전개시 후에 램프양단에 걸리는 임피던스가 네가티브로 증가하므로 램프전류가 증가할 때 이를 제한하기 위한 램프전류제어부를 구비하고 있다.
본 발명은 승압 및 방전을 위한 변압기의 설계 시에 섹션으로 설계 제작하고 램프전류제한회로를 채용함으로써 내압 및 내절연성이 우수하면서 안정성과 신뢰성이 크게 향상된 전자식안정기를 사용하여 고효율을 가진 콜드캐소드램프를 동작시켜 에너지를 크게 절약하는 작용효과가 있다.
콜드캐소드램프, 섹션구조, 내압, 내절연, 전자식 안정기

Description

콜드캐소드 방전관용 전자식안정기{Electronic Ballast Stabilizer for Cold Cathod Lamp Type}
도1 ; 본 발명에 따른 전자식 안정기의 전체구성도
도2 ; 본 발명에 따른 노이즈제거회로와 정류회로도
도3 ; 본 발명에 따른 보조전원회로도
도4 ; 본 발명에 따른 고주파 스위칭회로도
도5 ; 본 발명에 따른 전류제어회로와 승압 및 방전회로도
도6 ; 본 발명에 따른 섹션구조로 설계 제작된 승압용 변압기의 구조
도7 ; 본 발명에 따른 전자식안정기의 보호회로도
<도면 번호에 대한 설명>
11 ; 일차코일 12 ; 섹션구조로 설계된 이차코일
13 ; 일차와 이차코일을 격리하기 위한 공간
14 ; 절연체로 제작된 보빈
15 ; 자성체 코아
본 발명은 고속 스위칭회로를 사용하여 필요한 고주파신호로 변환하는 인버터로 직류신호를 고주파교류신호로 변환한 후, 콜드캐소드램프의 방전개시 때 필요한 2,500V내지 6,000V의 높은 전압을 얻기 위한 변압기를 내압 및 내절연성을 높인 섹션구조로 설계 제작하여 승압 및 방전회로를 구성하며, 방전개시 후 램프전류를 제한하기 위한 회로를 채용하여 동일한 소비전력에 대하여 네온램프나 형광램프보다 밝고 수명은 훨씬 긴 콜드캐소드램프를 안정적으로 동작시킬 수 있도록 설계 제작한 콜드캐소드램프의 전자식안정기에 관한 것이다.
종래기술로는 광고용 조명 및 일반조명장치로 주로 네온램프와 형광램프가 사용되었다. 먼저 네온램프의 경우를 살펴보면, 네온램프를 동작시키기 위하여서는 15,000V의 높은 전압이 필요하며, 높은 전압을 발생하기 위한 안정기의 무게가 무겁고 부피가 커서 설치공간을 많이 차지하고 무게를 지지하기 위한 별도의 구조물이 필요한 문제점이 있으며, 또한 네온램프의 수명은 콜드캐소드램프와 비교하여 크게 떨어져 유지보수비가 증가하고 소비전력이 높아서 에너지 효율이 비교적이 낮다는 문제점이 있고, 형광램프의 경우는 흑화현상이 발생하여 밝기가 떨어지고 램프의 수명이 콜드캐소드램프와 비교하여 크게 떨어져 유지보수비가 증가하는 등의 문제점이 있다.
관련된 또 다른 종래기술로는 승압을 위하여 채용되는 변압기에 사용되는 코일의 절연파괴현상이 자주 발생하고, 방전개시 후 증가하는 램프전류를 효율적으로 제한하는 적당한 수단이 없거나 출력단의 비정상적인 전류 및 전압발생 시나 출력단이 단락되었을 경우 등 전자식 안정기를 효율적으로 보호할 수 있는 보호회로를 안정적으로 설계하지 못하여 안정성 및 신뢰성이 크게 떨어져 유지보수의 비용이 크게 증가하는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 인식하고 안출된 것으로, 콜드캐소드램프를 안정적으로 동작시키기 위하여 상용전원에서 노이즈를 제거하는 노이즈제거회로를 구비하고, 교류신호를 직류신호로 변환하기 위하여 상기 노이즈가 제거된 교류신호를 직류신호로 정류하는 정류회로를 구비하며, 변환된 직류신호를 고속스위칭 회로로 원하는 고주파 교류신호로 변환하는 인버터를 구비하고, 변환된 고주파신호로부터 콜드캐소드램프의 방전개시 때 필요한 높은 전압을 얻기 위하여 변압기를 내압 및 내절연성을 이룰 수 있도록 섹션구조로 설계 제작하여 원하는 전압으로 승압시키는 승압 및 방전회로를 구비하며, 방전개시 후에 램프 양단에 걸리는 임피던스가 네가티브로 증가하여 램프전류의 증가에 의한 램프의 손상을 방지하기 위한 램프전류제어회로를 구비하고, 콜드캐소드램프를 동작시키는 안정기의 전자회로를 보호하기 위한 안정기보호회로를 구비하여 신뢰성과 안정성을 크게 향상시킨 콜드캐소드램프용 전자식안정기를 구현하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 2,500V내지 6,000V로 승압시키기 위한 변압기의 구조를 절연체로 다수의 섹션을 형성한 후 원하는 권선수로 이차코일을 감아서 제작함으로써 고압에서 코일의 절연이 파괴되는 것을 방지하여 안정성과 신뢰성을 높이고, 전자식안정기의 보호회로 및 램프전류를 제한하기 위한 쵸크코일을 내장시켜 콜드캐소드램프용 전자식안정기의 수명을 연장하여 유지보수의 비용을 절감하는데 있다.
본 발명은 상용전원을 직류전원으로 변환하고 변환된 직류전원을 고속스위칭 회로를 사용하여 필요한 고주파신호로 변환하는 인버터를 구비하며, 인버터로부터 얻은 고주파신호로부터 콜드캐소드램프의 방전개시 때 필요한 2,500V내지 6,000V의 높은 전압을 얻기 위한 승압용 변압기를 내압 및 내절연성을 높인 섹션구조로 설계 제작하여 승압 및 방전회로를 구성하여 동일한 소비전력에 대하여 네온램프나 형광램프보다 밝고 수명은 훨씬 긴 콜드캐소드램프를 안정적으로 동작시킬 수 있도록 설계 제작한 콜드캐소드램프의 전자식안정기에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나 이상의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
본 발명을 용이하게 이해하도록 도시된 도면에 대하여 살펴본다. 도1은 본 발명에 따른 콜드캐소드램프용 전자식안정기의 전체구성을 블록도로 나타낸 것이며, 도2는 본 발명에 따른 노이즈제거회로와 정류회로를 도시한 것이다. 도3은 본 발명에 따른 보조전원회로를 도시한 것이며, 도4는 본 발명에 따른 고주파 스위칭회로를 도시한 것이다. 도5는 본 발명에 따른 램프전류제어회로와 승압 및 방전회로를 도시한 것이며, 도6은 본 발명에 따른 섹션구조로 설계 제작된 승압용 변압기 의 구조를 나타낸 것이다. 도7은 본 발명에 따른 전자식안정기의 보호회로를 도시한 것이다.
본 발명과 관련된 콜드캐소드램프는 광고용 광원에 사용되어지는 조명기기로서 종래의 형광램프와 비교해서 동절기 저온 점등 시에 조도의 특성이 우수하고 램프의 수명이 길며, 네온램프와 비교하여 4내지 6배 정도의 조도를 가지고 부드럽고 다양한 칼라의 구현 및 저전압에서 점등이 용이한 장점이 있으므로 그 수요가 크게 증가할 것으로 예측된다.
종래기술로는 광고용 조명 및 일반조명장치로 주로 네온램프와 형광램프가 사용되었다. 먼저, 네온램프의 경우를 살펴보면, 네온램프를 동작시키기 위하여 15,000V의 높은 전압이 필요하며, 높은 전압을 발생하기 위한 안정기의 무게가 무겁고 부피가 커서 설치공간을 많이 차지하고 무게를 지지하기 위한 별도의 구조물이 필요한 문제점이 있으며, 또한 네온램프의 수명은 콜드캐소드램프와 비교하여 크게 떨어져 유지보수비가 증가하고 소비전력이 높아서 에너지 효율이 비교적이 낮다는 문제점이 있고, 형광램프의 경우는 흑화현상이 발생하여 밝기가 떨어지고 램프의 수명이 콜드캐소드램프와 비교하여 크게 떨어져 유지보수비가 증가하는 등의 문제점이 있다.
또한 상기 네온램프와 형광램프는 다양한 색상의 빛을 발생하기가 어렵고 자연색에 가까운 부드러운 색상의 빛을 얻기가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 형광램프와 같이 예열과정이 없이 점등이 이루어지면서 다양하고 부드러운 색상을 발생하고 동일한 소비전력에 대하여 4내지 6배 정도 발광효율이 우수한 콜드캐소드램프를 안정적으로 동작시키면서 신뢰성을 높인 콜드캐소드램프용 전자식 안정기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 콜드캐소드램프용 전자식안정기는 상용의 100V내지 220V의 교류전원에 포함된 노이즈를 노이즈제거회로를 사용하여 제거하고, 교류신호를 직류신호로 변환하기 위하여 상기 노이즈가 제거된 교류신호를 정류하는 정류회로를 구비하고 있다. 상기 직류전원으로 변환된 신호는 콜드캐소드램프의 방전개시를 위하여 요구되는 높은 전압을 얻기 위하여 고속스위칭 회로를 구비한 인버터를 이용하여 수십 ㎑의 높은 주파수를 갖는 고주파신호로 변환하며, 인버터를 통과한 신호는 수십 ㎑의 높은 주파수를 갖는 구형파로 이루어진 고주파신호로 변환된다.
상기 수십 ㎑의 높은 주파수를 갖는 구형파신호는 콜드캐소드램프의 방전개시 때 필요한 높은 전압으로 승압하기 위하여 일차와 이차의 권선수를 달리하여 이차 측 전압이 2,500V내지 6,000V의 높은 전압을 발생하는 변압기를 통과하여 방전에 필요한 고압신호로 변환된다. 상기 승압용 변압기를 통과한 이차코일 측 전압은 2,500V내지 6,000V의 높은 전압이므로 높은 전압에 의한 변압기코일의 절연파괴를 방지하기 위하여 변압기 내압 및 내절연성을 이룰 수 있는 섹션구조로 설계 제작되어 있다. 섹션구조로 설계 제작된 변압기는 안정적이고 신뢰성이 높은 동작이 가능하여 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있다. 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 살펴본다.
[실시 예]
본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다. 본 발명은 동일한 공급에너지로 4내지 6배의 높은 조도를 유지하면서 다양하고 자연스러운 색상을 발생하고 수명은 훨씬 긴 콜드캐소드램프를 높은 에너지 효율로 안정적으로 동작시킬 수 있는 소형ㆍ경량의 콜드캐소드램프용 전자식안정기에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 콜드캐소드램프용 전자식안정기에 채용되는 회로를 순서대로 도시한 전체적인 블록다이야그램이다. 도1의 블록다이야그램을 따라서 본 발명에 따른 콜드캐소드램프용 전자식 안정기의 구성수단들을 구체적으로 살펴본다. 상용의 100V내지 220V의 전원을 공급전원으로 사용하며, 전자식안정기의 안정적인 동작을 위하여 상용전원으로부터 입력되는 전원에 포함된 커먼모드 노이즈(Common Mode Noise)와 노말모드(Normal Mode Noise)를 노이즈제거회로로 제거하는 구성을 구비한다. 노이즈가 제거된 교류신호는 정류용 다이오드로 구성된 정류회로를 거쳐서 직류신호로 변환된다. 직류신호로 변환된 신호는 콜드캐소드램프의 동작에 필요한 2,500V내지 6,000V의 높은 전압으로 변환하기 위하여 스위칭 소자를 이용하여 스위칭 동작을 수행하는 인버터를 거쳐서 수십㎑를 가진 구형파신호로 변환된다. 상기 인버터의 스위칭 소자를 교대로 턴온(Turn-on)시켜서 얻은 수십㎑를 가진 고주파의 구형파신호는 출력단의 쵸크코일(Choke Coil)에 연속적으로 전기에너지로 저장되며, 상기 쵸크코일과 직렬로 연결되어 공진회로를 구성하는 커패시터와 함께 임피던스 메칭 회로를 형성하여 고주파신호를 출력단으로 효율적으로 전송할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 커패시터는 상기 인버터에서 발생한 수십 ㎑ 높은 주파수의 구형파 신호를 수십 ㎑의 높은 주파수를 가진 사인파신호로 변환시켜 주며, 변환된 사인파신 호는 출력단의 설치된 콜드캐소드램프의 방전개시를 위한 고압전원으로 변환하기 위한 승압용 변압기(Transformer)를 거쳐서 2,500V내지 6,000V의 높은 전압을 가진 신호로 변환되고, 변환된 높은 전압이 콜드캐소드램프의 항복전압에 이르면 콜드캐소드램프가 방전하면서 빛을 발생하게 된다. 이때 발생하는 빛의 밝기는 램프에 공급되는 전류에 비례하게 된다.
상기 본 발명에 따른 노이즈제거회로는 도2에서와 같이 노말모드 쵸크코일(Normal Mode Choke Coil)과 430V의 내압을 가진 ZNR(Zinc Oxide Nonlinear Resister)을 이용하여 노이즈를 제거함과 동시에 서지를 흡수하도록 구성되어 있다. 상기 정류회로는 220V 60㎐의 상용전원으로부터 전파정류를 이루기 위하여 4개의 정류다이오드를 사용하여 구성하고, 직류전원 구성으로 설계 제작되어 있다.
본 발명에서는 인버터의 스위칭 동작을 위하여 채용된 하프브리지(Half Bridge) 구동발진 소자(U1)가 안전적으로 동작할 수 있도록 소자가 필요로 하는 전원을 15V로 일정하게 전압을 발생하는 보조전원 공급부를 구비하고 있으며, 그 회로도는 도3과 같이 설계 제작되어 있다.
도3에서 회로에 전원이 공급되면, 기동저항(R18)을 거쳐서 입력되는 전압이 커패시터(C4)에 충전되며, 커패시터(C4)에 충전된 전압이 하프브리지(Half Bridge) 구동발진 소자(U1)의 문턱전압인 10V에 도달하면 하프브리지 구동발진 소자에서 출력되는 출력신호에 의하여 스위칭소자인 MOSFET가 턴온(Turn-on)되도록 구성되어 있다. 입력전압의 변화 및 출력단의 부하의 변동이 발생할 경우에도 안정적으로 전원을 공급할 수 있도록 15V 정전압 레귤레이터(Q4)를 채용하여 구성하고, 상기 15V 정전압 레귤레이터(Q4)에 안정적으로 전류를 공급하기 위하여 도3에서 온도변화에 의한 정전용량의 변화가 적고 정전용량의 허용오차가 적은 재질을 가진 필름 커패시터(C2)를 사용하여 구성하며, 15V 정전압 레귤레이터(Q4)에 안정적인 동작을 제어하기 위하여 전류를 제한하기 위한 저항(R2)이 연결되어 있다. 상기 저항(R2)은 전류를 안정적으로 제어할 수 있도록 설계 제작된 드럼코아(Drum Core)에 권선을 감아서 제작한 권선저항을 채용한다. 도3에서의 제너 다이오드(ZD1)는 상기 15V 정전압 레귤레이터(Q4)의 입력허용치인 18V를 초과하지 않도록 전압을 클램핑(Clamping)하는 역할을 하도록 구성되어 있다.
본 발명은 상기 인버터를 거쳐서 나온 고주파 구형파 신호를 최대한 손실없이 출력단으로 전송하기 위하여 쵸크코일(Choke Coil)과 커패시터로 이루어진 공진회로를 구비하고 있다. 상기 공진회로의 커패시터 양단에서 출력되는 수십㎑의 고주파 사인파신호를 이용하여 콜드캐소드램프의 방전개시 때 필요한 2,500V내지 6,000V의 높은 전압으로 승압하는 변압기의 구성에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다.
도4는 인버터의 스위칭소자를 구동하기 위한 스위칭 소자의 구동제어회로를 보여주고 있다. 대부분의 전자식안정기에서는 동작회로의 간략화와 비용절감을 위하여 자려발진방식을 채택하고 있지만 이 경우에는 스위칭소자의 도통시간과 입력전압의 변화에 따른 스위칭 주파수가 변화하여 원하는 안정적인 전원을 얻을 수 없는 문제점이 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 콜드캐소드램프용 전자식 안정기는 구동발진소자(U1)를 사용하고, 전압 및 전류를 효율적으로 제어할 수 있는 스위칭 소자로 MOSFET를 이용한 하프브리지(Half Bridge)방식을 사용하여 설계 제작한다. 발진 주파수는 도4에서 발진용 구동발진소자(U1)의 외부에 연결되는 저항(R3) 및 저항(R4)과 발진커패시터(C6)의 값을 제어하여 원하는 주파수를 얻을 수 있으며, 본 발명에서는 25㎑의 고주파를 발생할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 발진구동소자(U1)의 출력은 방전저항(R4)과 발진커패시터(C6)에 의하여 발진커패시터의 전압(VC6)이 2/3 Vcc에 도달하면 출력이 로우(Low)로 유지되면서 방전저항(R4)을 통해서 방전이 이루어지고, 발진커패시터의 전압(VC6)이 1/3 Vcc 로 떨어지면 출력이 하이(High)로 변화되면서 충전이 이루어지며, 전압(VC6)이 상승하여 발진커패시터의 전압(VC6)이 2/3 Vcc에 도달하면 다시 출력이 로우(Low)로 유지되면서 방전저항(R4)을 통해서 방전이 이루어지도록 구성되어 있다.
상기와 같이 발진구동소자(U1)의 출력단자에서 출력되는 25㎑의 고주파신호에 의하여 하프브리지 방식으로 도4에서 MOSFET(Q1)가 도통될 때 MOSFET(Q2)는 오프 상태로 되고, MOSFET(Q2)가 오프될 때에는 MOSFET(Q1)가 도통한 상태가 되도록 구성되며, 상기와 같이 발진커패시터(C6)와 방전저항(R4)을 이용하여 MOSFET(Q1)와 MOSFET(Q2)는 동시에 도통하거나 오프되지 않고 안정적으로 동작하도록 발진구동소자(U1)의 출력신호가 출력되도록 구성되어 있다.
본 발명에 따른 전자식안정기의 출력회로는 승압용 변압기에 의하여 승압된 높은 전압이 램프양단에 인가되고 방전이 이루어지기 전까지는 높은 임피던스 값을 가지며, 램프가 방전을 개시하면 내부에 존재하는 수은 등의 물질이 이온화되어 임피던스가 낮은 값으로 떨어진다. 램프양단에 걸리는 임피던스가 떨어져 램프에 흐르는 전류가 증가하게 된다. 방전시 발생하는 램프의 네가티브 임피던스(Negative Impedance)의 특성에 의하여 램프전류가 증가하는 것을 방치할 경우에는 램프를 파괴하는 전류 값까지 증가하게 되므로 전류제한회로가 필수적으로 필요하다. 도5는 본 발명에 따른 승압 및 방전회로를 보여주고 있다.
콜드캐소드램프의 전자식안정기는 방전개시 전에는 방전을 이루기 위한 임계 전압까지 높은 전압을 유지해주고, 방전개시 후에는 램프의 네가티브 임피던스(Negative Impedance)에 의하여 증가하는 램프전류를 제한하기 위한 회로와, 인버터와 램프사이에 임피던스를 메칭시켜 에너지를 효율적으로 출력단으로 전달하기 위한 램프전류제한 및 임피던스 메칭 회로가 필수적으로 필요하다.
이러한 기능을 수행하기 위한 램프전류제한 및 임피던스 메칭 회로는 상기 인버터의 스위칭소자가 교대로 턴온(Turn-on)되어서 출력단의 쵸크코일(Choke Coil)에 연속적으로 전기에너지를 방전개시를 위하여 저장하며, 상기 인버터에서 나온 고주파 구형파 신호를 사인파신호로 변환하고 공진시켜 최대한 많이 전기에너지를 출력단에 공급하기 위하여 쵸크코일과 직렬로 연결되어 공진회로를 구성하는 커패시터로 구성되어 있다.
상기 쵸크코일과 커패시터로 구성된 램프전류제한 및 임피던스 메칭 회로는 방전개시 전에는 스위칭 소자를 통해서 나온 전기에너지를 방전개시에 사용하기 위 하여 저장하고, 방전개시 후에는 상기 쵸크코일(Choke Coil)은 램프전류를 상승을 방지하고 인버터와 램프사이의 임피던스를 메칭시켜 입력단의 에너지를 출력단인 승압용 트랜스포머로 최대한 많이 전송할 수 있도록 구성되어 있다.
상기 초크코일과 커패시터는 서로 직렬회로로 연결되어 증가하는 램프전류를 제어하여 램프의 파괴를 방지하는 역할을 하며, 상기 쵸크코일은 코일과 자성체인 코아로 설계 제작하되, 램프의 용량에 따라 필요한 크기로 설계 제작하여 채용하여야 한다.
본 발명에 따른 콜드캐소드램프의 방전개시에 필요한 고전압을 만들기 위한 승압회로는 트랜스포머로 구성되며, 콜드캐소드램프의 용량에 따라 2,500V내지 6,000V까지 다양하게 승압시켜야 함으로 고전압에 견딜 수 있는 내압형으로 설계 제작하여야 내구성과 신뢰성을 갖춘 전자식안정기를 구현할 수 있으므로, 변압기를 구성함에 있어서 일차권선(11) 및 이차권선(12)을 완전히 분리하기 위한 공간(13)을 구비한 구조로 설계 제작되고, 방전개시에 인가되는 높은 전압으로 승압시키기 위한 이차측은 높은 전압에 견딜 수 있도록 권선 층간을 분할시킨 섹션구조(15)로 설계 제작하여 고압에서 절연파괴가 발생하지 않는 구조로 구성되어 있으며, 외부에는 인덕턴스의 값을 고려하여 자성체인 코아(15)가 둘러싸인 형태로 설계 제작되어 있다. 도6은 본 발명에 따른 섹션구조로 설계 제작된 변압기의 구조를 보여주고 있다.
본 발명에 따른 고전압 승압트랜스의 설계 기법은 일차권선(11) 및 이차권선(12)을 다양한 재질의 절연체로 완전히 분리한 구조를 이루면서 용량에 따라 2,500V내지 6,000V까지 다양하게 승압되는 이차측 코일(12)은 고전압 발생에 따른 코일간의 절연 파괴 현상을 최소화하기 위하여 상기 일차측코일과 이차측코일을 분리하기 위하여 사용한 절연체로 다수 개의 섹션으로 나누어 코일을 필요한 권선수로 감는 방식으로 내압을 증가시킬 수 있도록 설계 제작함으로써 한꺼번에 필요한 권선을 모두 감는 것과 비교하여 코일의 절연파괴의 가능성을 크게 줄일 수 있으므로 안정기의 내구성과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. 상기 일차 및 이차코일의 외부에는 효율적으로 전압을 유도하기 위하여 자성체 코아가 둘러싸인 형태로 이루어져 있다.
설계를 위하여 필요한 일차측과 이차측의 전압 및 권선수와의 관계를 수식으로 살펴보면,
일차측 권선수(Np)는
Np = (Vp)ㆍ108/4ㆍfㆍ(Bmax)ㆍ(Ae)
Ns = (Vs)ㆍ108/4ㆍfㆍ(Bmax)ㆍ(Ae)
Np/Ns = Vp/Vs
여기서,
Np = 1차 권선수
Vp = 1차 전압, V
Ns = 2차 권선수
Vs = 2차 전압, V
f = 동작주파수, ㎐
Bmax = 자속밀도(flex density), Gauss
Ae = 코어 유효단면적(core effective area, ㎠)
을 나타낸다.
본 발명에 따른 콜드캐소드램프용 전자식 안정기는 램프 양단 전압이 고압이고, 램프를 오픈하거나 파손 시 또는 출력 단에 무부하 시에 안정기 회로의 동작을 중지시키고, 출력단이 단락되었을 때와 출력단에 비정상적인 전류 및 전압이 인가될 때 안정기 회로의 동작을 중지시키며, 출력단의 입력전압 및 전류의 변동을 흡수하고 전자파 잡음의 발생을 억제하며 저소음으로 동작하면서 안정기의 내구성과 신뢰성이 향상되도록 전자식안정기를 보호하는 보호회로를 구비하고 있다. 도7은 본 발명에 따른 전자식 안정기의 보호회로도이다. 도7에서 R9와 R10은 Vcc전압을 분압하되, R10에 걸리는 분압된 전압이 기준전압이 된다. 도7에서 램프단의 출력전압이 상기 기준전압보다 높게 되면 비교기의 출력이 하이가 되어 SCR(Q3)가 턴온(Turn-On)되어 상기 발진구동소자(U1)의 전원공급이 중단되어 전자식 안정기의 동작이 중지되도록 구성되어 있다. 상기 보호회로의 동작전원은 앞서 설명한 발진구동소자(U1)를 동작시키는 전원과 동일한 전원으로 동작되도록 구성되어 있다.
본 발명은 콜드캐소드램프의 전자식 안정기는 동일한 소모 전력에 대하여 네온램프의 전기안정기와 대비하여 부피는 1/5 정도이고, 무게는 1/10 정도로 소량ㆍ 경량으로 설계 제작되고, 고속스위칭 회로로 원하는 고주파로 변환하는 인버터를 구비하고, 변환된 고주파신호로부터 콜드캐소드램프가 방전 개시할 때 필요한 높은 전압을 얻기 위하여 변압기를 내압 및 내절연성을 높이기 위한 섹션구조로 설계 제작하여 원하는 전압으로 승압시키는 승압 및 방전회로를 구비하며, 방전개시 후에는 임피던스가 네가티브로 증가하므로 전류의 증가할 때 이를 제한하기 위한 램프전류제어회로를 구비하고, 안정기 동작회로를 보호하기 위한 안정기보호회로를 구비하여 신뢰성과 안정성을 크게 향상시킨 전자식 안정기를 구현하여 유지보수 비용을 크게 줄이고 동일한 에너지 소모에 대하여 네온램프 및 형광램프보다 4내지 6배 정도의 밝은 빛을 발생하고 다양하고 자연스러운 색상을 발생하므로 산업상이용가능성이 매우 높다.
본 발명은 콜드캐소드램프를 안정적 동작시키기 위하여 상용전원에서 노이즈제거회로로 잡음을 제거하고, 교류신호를 직류신호로 변환하기 위하여 노이즈가 제거된 교류신호를 정류하는 정류회로를 구비하며, 변환된 직류전원을 고속스위칭 회로로 원하는 고주파신호로 변환하는 인버터를 구비하고, 변환된 고주파신호로부터 콜드캐소드램프가 방전 개시할 때 필요한 높은 전압을 얻기 위하여 변압기를 내압 및 내절연성을 높이기 위하여 섹션구조로 설계 제작하여 원하는 전압으로 승압시키는 승압 및 방전회로를 구비하며, 방전개시 후에 램프임피던스가 네가티브로 증가하므로 램프전류가 증가할 때 이를 제한하기 위한 램프전류제어회로를 구비하고, 안정기 동작회로를 보호하기 위한 안정기보호회로를 구비하고 신뢰성과 안정성을 크게 향상시키는 작용효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 2,500V내지 6,000V로 승압시키기 위한 변압기의 구조를 절연체로 다수의 섹션을 형성한 후 원하는 권선수로 이차코일을 감아서 제작함으로써 고압에서의 절연파괴를 방지하여 안정성과 신뢰성을 높이고 안정기보호회로 및 램프전류의 제한을 위한 쵸크코일을 내장시켜 전자식 안정기의 수명을 연장하여 유지보수의 비용을 절감하는데 있다.

Claims (6)

  1. 콜드캐소드램프의 전자식안정기에 있어서,
    교류신호를 직류신호로 변환하기 위하여 교류의 상용전원을 정류하고,
    정류된 직류전원을 고속스위칭 회로를 사용하여 고주파신호로 변환하는 인버터;
    상기 변환된 고주파신호를 램프의 방전개시에 필요한 전기에너지로 저장하고, 상기 저장된 전기 에너지를 출력단에 전송하기 위한 쵸크코일 및 커패시터로 구성된 공진 및 임피던스 메칭회로;
    상기 공진 및 임피던스 메칭회로와 콜드캐소드램프사이에 연결되어 콜드캐소드램프의 방전에 필요한 고전압으로 승압시키기 위한 승압용 트랜스포머; 및
    상기 콜드캐소드램프를 오픈하거나 파손 시 또는 무부하 시에 안정기의 전자회로의 동작을 중지시키고, 출력 단이 단락되었을 때와 출력 단에 비정상적인 전류 가 인가될 때 안정기 회로의 동작을 중지시키며, 출력단의 입력전압 및 전류의 변동을 흡수하고 전자파 잡음의 발생을 억제하며 저소음으로 동작하도록 설계 제작되어 전자식 안정기 회로를 보호하는 전자식안정기보호회로로 이루어진 콜드캐소드램프용 전자식안정기.
  2. 삭제
  3. 청구항1에 있어서,
    상기 승압용 트랜스포머는 내구성과 내절연성을 높이기 위하여 일차측코일과 이차측코일을 절연체로 공간을 두고 격리시켜 위치시키고, 이차측코일은 절연체 재질을 사용하여 다수의 섹션을 형성한 섹션구조로 이루어진 콜드캐소드램프용 전자식안정기.
  4. 삭제
  5. 청구항1에 있어서,
    상기 초크코일과 커패시터는 서로 직렬회로로 연결되며, 상기 쵸크코일은 방전개시 전에는 방전에 필요한 전기에너지를 저장하고, 콜드캐소드램프가 방전을 개시한 후에는 출력단의 임피던스가 네가티브로 증가하여 램프전류가 증가하게 되므로 증가하는 램프전류를 제어할 수 있는 용량으로 설계 제작된 콜드캐소드램프용 전자식안정기.
  6. 청구항1에 있어서,
    상기 인버터에는 인버터의 안정적인 동작을 유도하기 위하여 안정적인 전원을 공급하기 위한 필름 커패시터(C2) 및 드럼코아로 제작된 저항(R2)을 채용하여 설계 제작된 보조전원회로를 더 구비한 콜드캐소드용 전자식안정기.
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