KR100830935B1 - 소비전력 제어를 이용한 방전관 제어 장치 - Google Patents

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    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices

Abstract

본 발명은 소비전력 제어를 이용한 방전관 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명은 방전관(Discharge Tube)에 전원을 공급하는 전원 공급 장치에 있어서, 직류전원을 공급하는 전원공급부; 온오프 스위칭을 수행함으로써 직류전원을 교류전원으로 변환하여 방전관으로 전달하는 스위칭부; 전원공급부와 스위칭부 사이에 위치하여 스위칭부로 공급되는 직류전원의 공급전류를 감지하여 전달하는 감지부; 및 감지부로부터 전달되는 공급전류를 분석하여 스위칭부의 온오프 스위칭을 제어함으로써 전원 공급 장치의 소비전력이 일정한 범위 내로 유지되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전관 제어 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 방전관을 포함하는 인버터의 총 소비전력이 일정하게 유지되도록 인버터를 제어함으로써, 방전관에 의한 기생정전용량이나 방전관을 통해 흐르는 부하전류의 파형의 변동에 무관하게 방전관에서 일정한 순시치의 부하전류가 흐르도록 정밀하게 제어할 수 있다.
방전관, 인버터, 공급전류, 소비전력, 유효전력, 제어, 밝기

Description

소비전력 제어를 이용한 방전관 제어 장치{Discharge Tube Controlling Device by Using Power Consumption Control}
도 1a는 통상적인 부하전류 감지를 이용한 방전관 제어 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 1b는 통상적인 변압기 이차측 전류 감지를 이용한 방전관 제어 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소비전력 제어를 이용한 방전관 제어 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 방전관 210: 인버터
212: 전원공급부 214: 스위칭부
216: 변압기 218: 제어부
220: 감지부 310: 연산증폭기
320: 펄스 신호 발생기 330: 발진기
본 발명은 소비전력 제어를 이용한 방전관 제어 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 인버터를 이용하여 방전관을 구동하고 제어하는 방전관 제어 장치에 있어서, 인버터를 제어하는 제어부에서 인버터로 공급되는 직류전원의 공급전류를 감지하고 감지한 공급전류를 이용하여 방전관을 포함한 인버터 전체에서 소비되는 소비전력을 일정하게 유지하도록 제어함으로써, 방전관에서 일정한 순시치(RMS: Root Mean Square)의 부하전류가 흐르도록 제어하기 위한 방전관 제어 장치에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 통상적인 방전관 제어 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
도 1a는 통상적인 부하전류 감지를 이용한 방전관 제어 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
통상적인 부하전류 감지를 이용한 방전관 제어 장치는 방전관(110), 인버터(120) 및 감지저항(130)을 포함하여, 인버터(120)에서 방전관(110)으로 교류전원을 공급하여 방전관(110)을 구동한다.
한편, 통상적인 부하전류 감지를 이용한 방전관 구동 장치는 도시한 바와 같이, 방전관(110)과 감지저항(130) 사이에서 부하전류를 감지하여 제어부(128)로 전달하는 귀환회로를 부가하고, 제어부(128)에서 부하전류를 분석하여 스위칭부(124)를 제어함으로써 방전관(110)에 흐르는 부하전류를 일정하게 유지한다.
하지만, 전술한 바와 같이 귀환회로를 통해 제어부(128)로 전달되는 부하전류는 교류전류이고, 제어부(128)에서는 교류전류를 직류전류로 변환하여 제어하기 때문에, 제어부(128)에서 교류전류인 부하전류의 실효치를 반영하여 부하전류를 제어할 수 없다.
즉, 방전관(110)이 동작하는 중에 방전관(110)을 통해 흐르는 부하전류는 교류 전류이므로 파형이 시간에 따라 가변하고, 그에 따라 부하전류의 실효치도 가변한다. 하지만, 전술한 바와 같이, 도 1a에 도시한 통상적인 부하전류 감지를 이용한 방전관 제어 장치는 제어부(128)에서 교류전류인 부하전류를 직류전류로 변환하여 제어하기 때문에, 수시로 변동하는 부하전류의 파형을 반영하지 못하므로, 부하전류를 정밀하게 제어할 수 없고 그에 따라 방전관에 일정한 순시치의 전류가 흐르도록 정밀하게 제어하지 못하는 문제점이 있다.
도 1b는 통상적인 변압기 이차측 전류 감지를 이용한 방전관 구동 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
통상적인 변압기 이차측 전류 감지를 이용한 방전관 구동 장치는 도 1a를 통해 전술한 통상적인 부하전류 감지를 이용한 방전과 구동 장치와 회로의 구성은 동일하지만, 감지저항(130)이 인버터(120)의 변압기(126)의 이차측 권선과 접지 사이에 연결되며, 변압기(126)의 이차측과 감지저항(130) 사이에서 변압기(126)의 이차측 전류를 감지하여 제어부(128)로 전달하는 귀환회로를 부가하고, 제어부(128)에서 변압기(126)의 이차측 전류를 분석하여 스위칭부(124)를 제어함으로써 방전관(110)에 흐르는 부하전류를 일정하게 유지한다. 다만, 변압기(126)의 이차측 전 류가 방전관(110)에 흐르는 부하전류와 동일하다는 가정이 전제되어야 한다.
하지만, 통상적으로 방전관(110)은 기생정전용량(Parasitic Capacitance)을 가지고 있고, 기생정전용량은 온도, 방전관과 주변 구조물의 배치, 사람의 접촉 등에 의해 가변하기 때문에, 기생정전용량이 변동되면 방전관(110)에 흐르는 부하전류와 변압기(126)의 이차측 전류가 동일하지 않게 되어, 이차측 전류를 감지하여 부하전류를 제어하는 제어부(128)가 부하전류를 정밀하게 제어할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 인버터를 이용하여 방전관을 구동하고 제어하는 방전관 제어 장치에 있어서, 인버터를 제어하는 제어부에서 인버터로 공급되는 직류전원의 공급전류를 감지하고 감지한 공급전류를 이용하여 방전관을 포함한 인버터 전체에서 소비되는 소비전력을 일정하게 유지하도록 제어함으로써, 방전관에 일정한 순시치의 부하전류가 흐르도록 제어하기 위한 방전관 제어 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 방전관(Discharge Tube)에 전원을 공급하는 전원 공급 장치에 있어서, 직류전원을 공급하는 전원공급부; 온오프 스위칭을 수행함으로써 직류전원을 교류전원으로 변환하여 방전관으로 전달하는 스위칭부; 전원공급부와 스위칭부 사이에 위치하여 스위칭부로 공급되는 직류전원의 공급전류를 감지하여 전달하는 감지부; 및 감지부로부터 전달되는 공급전류를 분석하여 스위칭부의 온오프 스위칭을 제어함으로써 전원 공급 장치의 소비전력이 일정한 범위 내로 유지되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전관 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, 방전관(Discharge Tube)에 전원을 공급하는 전원 공급 장치에 있어서, 직류전원을 공급하는 전원공급부; 온오프 스위칭을 수행함으로써 직류전원을 교류전원으로 변환하여 방전관으로 전달하는 스위칭부; 스위칭부와 접지 사이에 위치하여 전원공급부로부터 스위칭부로 공급되는 직류전원의 공급전류를 감지하여 전달하는 감지부; 및 감지부로부터 전달되는 공급전류를 분석하여 스위칭부의 온오프 스위칭을 제어함으로써 전원 공급 장치의 소비전력이 일정한 범위 내로 유지되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전관 제어 장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소비전력 제어를 이용한 방전관 제어 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소비전력 제어를 이용한 방전관 제어 장 치는 방전관(110) 및 인버터(210)를 포함한다.
방전관(110)은 냉음극 형광 램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp), 열음극 형광 램프(HCFL: Hot Cathode Fluorescent Lamp) 등 관 내에 가스를 주입한 전자관으로, 음극에서 나온 전자의 충돌에 의해 발생하는 기체 분자의 전리 현상, 발광 현상을 이용한 전자관을 말한다.
인버터(210)는 방전관(110)으로 교류전원을 공급하는 전원공급 수단이다. 여기서, 인버터(210)는 전원공급부(212), 스위칭부(214), 변압기(216), 제어부(218) 및 감지부(220)를 포함한다.
전원공급부(212)는 스위칭부(214)로 직류전원을 공급하는 전원공급 수단으로서, 배터리나 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter) 등 직류전원을 공급하는 어떠한 수단으로 구현될 수 있다.
스위칭부(214)는 다수 개의 스위칭 소자로 이루어져, 제어부(218)의 제어에 따라 스위칭 소자가 온오프 스위칭함으로써 직류전원을 고주파의 교류전원으로 변환하여 변압기(216)로 전달한다. 여기서, 스위칭부(214)는 다수 개의 스위칭 소자가 로이어(Royer) 형으로 연결된 형태, 풀브릿지(Full Bridge)로 연결된 형태, 하프브릿지(Half Bridge)로 연결된 형태 및 푸시-풀(Push-Pull) 방식으로 연결된 형태 등 다양한 형태로 연결되어 구성될 수 있다.
변압기(216)는 소정의 권선비에 따라 교류전압을 승압 또는 감압하여 전달하는 전원변환 수단으로서, 스위칭부(214)로부터 공급된 교류전원의 전압을 승압하여 방전관(110)으로 전달한다. 도 2에서는 변압기(216)가 인버터(210)에 포함되는 것 으로 도시하고 설명했지만, 변압기(216)는 필요에 따라 선택적으로 부가될 수 있을 것이다.
제어부(218)는 스위칭부(214)의 각 스위칭 소자를 제어하는 제어 수단으로서, 각 스위칭 소자의 게이트(Gate)에 스위칭 소자를 제어하기 위한 펄스 신호를 인가함으로써, 스위칭 소자를 온오프 스위칭하도록 제어하여 인버터(210)가 방전관(110)으로 공급하는 교류전원을 조절한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어부(218)는 스위칭부(214)로 하여금 교류전원을 생성하여 방전관(110)으로 전달하도록 제어하되, 감지부(220)로부터 전달되는 직류전원의 공급전류를 분석하고, 스위칭부(214)를 제어하여 인버터(210)에서 소비되는 소비전력이 일정하게 유지되도록 제어한다.
즉, 제어부(218)는 감지부(220)를 이용하여 인버터(210)에 공급되는 공급전원(즉, 전원공급부(212)로부터 스위칭부(214)로 공급되는 직류전원)의 공급전류를 파악하여 방전관(110)을 포함한 인버터(210) 전체의 소비전력을 일정하게 제어한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소비전력 제어를 이용한 방전관 제어 장치는 인버터(210) 전체의 소비전력을 일정하게 제어하여 방전관(110)에서 일정한 전력이 소비되도록 함으로써, 방전관(110)에 일정한 순시치의 부하전류가 흐르도록제어하고, 그로 인해 방전관(110)에서 일정한 밝기가 유지되도록 제어할 수 있다.
즉, 도 1a 및 도 1b를 통해 전술한 바와 같이, 인버터(120)에서 방전관(110)을 통해 흐르는 부하전류 또는 변압기(126)의 이차측 전류를 피드백하여 방전 관(110)을 통해 흐르는 부하전류를 일정하게 유지하는 통상적인 방식은 방전관(110)에 의해 발생하는 기생정전용량에 의해 정밀하게 부하전류 제어할 수 없거나 방전관(110)에 흐르는 전류 파형의 변화를 반영할 수 없는 문제점이 있으므로, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 방전관(110)을 포함하는 인버터(210) 전체의 소비전력을 일정하게 유지하도록 제어하여, 인버터(210)의 내부 구성 요소(스위칭부(214), 변압기(216) 등)에서 소비되는 소정의 소비전력을 제외한 일정한 소비전력이 방전관(110)에서 소비되도록 함으로써, 방전관(110)에서 일정한 순시치의 부하전류가 흐르도록 제어하는 것이다.
한편, 방전관(110)에 의해 발생하는 기생정전용량은 실제 전력을 소비하지 않는 무효전력에 해당하고, 방전관(110)은 실제 전력을 소비하는 유효전력에 해당하기 때문에, 방전관(110)에 일정한 유효전력을 공급할 수 있도록 제어하면 기생정전용량에 관계없이 방전관(110)에서 일정한 순시치의 부하전류가 흐르도록 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소비전력 제어를 이용한 방전관 제어 장치의 인버터(210) 특히, 제어부(218)는 인버터(210)의 총 소비전력 중 유효전력이 일정하게 유지되도록 제어한다.
감지부(220)는 인버터(210)로 공급되는 공급전원(즉, 직류전원)의 공급전류를 감지하여 인버터(210)의 제어부(218)로 전달하는 감지수단이다. 한편, 감지부(220)는 공급전류를 감지하여 제어부(218)로 전달하는 데 있어서, 감지한 공급전류를 공급전류에 대응하는 감지전압으로 변환하여 제어부(218)로 전달한다. 도 2에 서는 감지부(220)가 전원공급부(212)와 스위칭부(214) 사이에 위치하여 공급전류를 감지하는 것으로 도시했지만, 스위칭부(214)와 접지 사이에 위치하여 공급전류를 감지할 수도 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어부의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어부(218)는 연산증폭기(OPAMP: Operational Amplifier, 310), 펄스 신호 발생기(Pulse Generator, 320) 및 발진기(Oscillator, 330)를 포함한다.
연산증폭기(310)는 수학적인 연산 기능을 행할 수 있도록 고안된 고이득 직렬 증폭기로서, 두 개의 입력단자와 한 개의 출력단자를 구비하여 두 개의 입력단자로 입력되는 두 전압의 차이를 기 설정된 이득만큼 증폭하여 출력단자로 출력한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연산증폭기(310)는 두 개의 입력단자를 통해 각각 외부로부터 입력되는 디밍 기준전압과 감지부(220)로부터 입력되는 공급전류에 대응하는 감지전압을 비교하여 차이값을 증폭하여 출력전압을 펄스 신호 발생기(320)로 전달한다.
펄스 신호 발생기(320)는 스위칭부(214)의 각 스위칭 소자를 제어하기 위해, 펄스 신호를 발생하여 각 스위칭 소자의 게이트에 공급하는 펄스 신호 발생장치로서, 펄스 진폭 변조(PAM: Pulse Amplitude Modulation), 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation), 펄스 위상 변조(PPM: Pulse Phase Modulation), 펄스 주파수 변조(PFM: Pulse Frequency Modulation) 등 그 필요에 따라 다양한 펄스 변조 방식을 이용하여 펄스 신호를 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 신호 발생기(320)는 연산증폭기(310)로부터 전달되는 출력전압과 발진기(330)로부터 전달되는 기준 주파수의 전압(삼각파 또는 톱니파의 형태의 전압)을 비교하여, 인버터(210)에서 소비되는 총 소비전력(특히 유효전력)이 일정하게 유지되도록 제어하기 위한 펄스 폭 변조의 듀티(Duty)를 결정하고, 결정한 듀티에 따른 펄스 신호를 발생하여 스위칭부(214)의 각 스위칭 소자로 인가한다. 스위칭부(214)의 각 스위칭 소자는 펄스 신호 발생기(320)로부터 전달된 펄스 신호에 따라 온오프 스위칭함으로써, 변압기(216)를 통해 방전관(110)으로 전달되는 전원공급 시간(즉, 듀티)을 조절하여 소비전력을 제어한다.
발진기(330)는 펄스 신호 발생기(320)에서 발생하는 펄스 신호의 기준 주파수를 생성하여 전달한다. 이때, 발진기(330)는 실제 방전관(110)에 흐르는 교류전원의 주파수와 동일한 기준 주파수를 생성한다.
이상에서는 제어부(218)가 인버터(210)의 총 소비전력을 일정하게 유지되도록 스위칭부(214)를 제어하는 것으로 설명했지만, 소비전력이 약간의 변동(Fluctuation)이 있을 수 있으나 일정한 범위 내로 유지되도록 제어할 수도 있을 것이다. 이때, 범위는 방전관(110)을 통해 흐르는 부하전류의 순시치에 큰 영향을 미치지 않는 범위인 것이 바람직하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으 로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 방전관을 포함하는 인버터의 총 소비전력이 일정하게 유지되도록 인버터를 제어함으로써, 방전관에 의한 기생정전용량이나 방전관을 통해 흐르는 부하전류의 파형의 변동에 무관하게 방전관에서 일정한 순시치의 부하전류가 흐르도록 정밀하게 제어할 수 있다.

Claims (5)

  1. 방전관(Discharge Tube)에 전원을 공급하는 전원 공급 장치에 있어서,
    직류전원을 공급하는 전원공급부;
    온오프 스위칭을 수행함으로써 상기 직류전원을 교류전원으로 변환하여 상기 방전관으로 전달하는 스위칭부;
    상기 전원공급부와 상기 스위칭부 사이에 위치하여 상기 스위칭부로 공급되는 상기 직류전원의 공급전류를 감지하여 전달하는 감지부; 및
    상기 감지부로부터 전달되는 상기 공급전류를 분석하여 상기 스위칭부의 상기 온오프 스위칭을 제어함으로써 상기 전원 공급 장치의 소비전력이 일정한 범위 내로 유지되도록 제어하는 제어부
    를 포함하되, 상기 제어부는 상기 공급전류에 대응하는 감지전압과 외부로부터 입력되는 디밍 기준전압과 비교하여 출력전압을 전달하는 연산증폭기(OPAMP: Operational Amplifier); 기준 주파수를 발진하는 발진기(Oscillator); 및 상기 출력전압과 상기 기준 주파수의 전압을 비교하여 상기 소비전력이 상기 범위 내로 유지되도록 제어하기 위한 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation)의 듀티(Duty)를 결정하고, 상기 듀티에 따른 펄스 신호를 발생하여 상기 스위칭부로 전달하는 펄스 신호 발생기(Pulse Generator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전관 제어 장치.
  2. 방전관(Discharge Tube)에 전원을 공급하는 전원 공급 장치에 있어서,
    직류전원을 공급하는 전원공급부;
    온오프 스위칭을 수행함으로써 상기 직류전원을 교류전원으로 변환하여 상기 방전관으로 전달하는 스위칭부;
    상기 스위칭부와 접지 사이에 위치하여 상기 전원공급부로부터 상기 스위칭부로 공급되는 상기 직류전원의 공급전류를 감지하여 전달하는 감지부; 및
    상기 감지부로부터 전달되는 상기 공급전류를 분석하여 상기 스위칭부의 상기 온오프 스위칭을 제어함으로써 상기 전원 공급 장치의 소비전력이 일정한 범위 내로 유지되도록 제어하는 제어부
    를 포함하되, 상기 제어부는 상기 공급전류에 대응하는 감지전압과 외부로부터 입력되는 디밍 기준전압과 비교하여 출력전압을 전달하는 연산증폭기(OPAMP: Operational Amplifier); 기준 주파수를 발진하는 발진기(Oscillator); 및 상기 출력전압과 상기 기준 주파수의 전압을 비교하여 상기 소비전력이 상기 범위 내로 유지되도록 제어하기 위한 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation)의 듀티(Duty)를 결정하고, 상기 듀티에 따른 펄스 신호를 발생하여 상기 스위칭부로 전달하는 펄스 신호 발생기(Pulse Generator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전관 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방전관 제어 장치는,
    상기 스위칭부와 일차측으로 연결되고 상기 방전관과 이차측으로 연결되어, 상기 스위칭부로부터 상기 교류전원이 공급되면 소정의 권선비로 상기 교류전원을 변환하여 상기 방전관으로 전달하는 변압기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방전관 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 소비전력 중 유효전력이 상기 범위 내로 유지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 방전관 제어 장치.
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