KR100871391B1

KR100871391B1 - 배압회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로

Info

Publication number: KR100871391B1
Application number: KR1020070096535A
Authority: KR
Inventors: 안기철
Original assignee: (주)애버드세미컨
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2008-12-02

Abstract

본 발명의 일 측면은 배압회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로에 관한 것으로, 특히 낮은 전압을 인가받는 경우에도 고역률을 유지하면서 전압을 배가시킬 수 있는 안정기 전원회로에 관한 것이다.

본 발명의 배압회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로에서, 제1 배압회로부에서는 전원공급의 반주기 동안 제1 커패시터, 제1 저항, 제1 다이오드, 제2 다이오드에 순차적으로 전류가 흘러 제1 커패시터에 전원전압을 충전시키는 충전회로를 형성하고, 제2 배압회로부에서는 제1 커패시터의 충전과정 후 전원공급의 나머지 반주기 동안 제2 커패시터, 제3 저항, 제3 다이오드, 제4 다이오드에 순차적으로 전류가 흘러 제2 커패시터에 전원전압을 충전시키는 충전회로를 형성하되, 제3 다이오드와 제4 다이오드를 연결하는 접속점은 제1 다이오드와 제2 다이오드를 연결하는 접속점에 연결되며, 방전회로부에서는 제5 다이오드는 제1 커패시터와 제1 저항을 연결하는 접속점에 연결되고, 제6 다이오드는 제2 커패시터와 제3 저항을 연결하는 접속점에 연결된 것을 특징으로 한다.

배압회로, 고역률, 안정기

Description

배압회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로{High power factor ballast power supply circuit using doubler circuit}

전자식 안정기(ballast)를 사용하는 형광등과 같은 일반적인 전자 제품은 전원 전압(110Vac, 220Vac)을 공급받아 회로를 동작시켜 전력(또는 빛)을 전달한다. 전자식 안정기 회로는 형광등을 동작시키는 회로이기 때문에, 형광등의 여러 가지 특성을 만족시켜야 한다. 형광등은 종류에 따라 수백 V에서 수천 V의 점등 전압이 필요하다. 또한, 점등 후에도 지속적인 발광을 위해서는 수백 V 이상의 교류 인가 전압을 필요로 한다. 따라서, 상용 전원전압으로 110V의 전원전압을 공급받는 미국과 같은 지역에서 사용하기 위한 형광등은 그만큼 점등시키기 어렵다. 특히, 고역률(0.9 이상)의 안정기는 인가 전압과 동시에 연속적인 전류가 흐르도록 해야 하기 때문에 더욱 더 동작시키기 어렵다.

종래의 고역률 회로구성방식에는 능동회로를 이용한 구성방식과 수동회로를 이용한 구성방식이 있다. 능동회로를 이용한 구성방식은 PFC 제어기 IC를 이용한 회로인데, 0.99의 역률로 성능이 우수하고, 수동회로를 이용한 구성방식은 0.9~0.97의 역률을 갖는다. 그러나, 능동회로 구성방식은 트랜스와 IC 등을 사용해야 하기 때문에, 공간 구성 측면과 원가 측면에서 수동회로를 이용한 구성방식보다는 단점이 많다.

종래의 수동회로를 이용한 구성방식의 고역률 회로 중에서는 밸리 필(valley fill) 회로가 존재하며, 이 밸리 필 회로는 회로 동작상 220V용 회로로 적합하다. 밸리 필 회로는 고역률 수동 전원회로로 쓰이는데, 도 1을 통하여 살펴보기로 하자.

도 1은 종래의 밸리 필 회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 밸리 필 회로(10)는 정류 다이오드(D1, D2, D3, D4)에 연결되어 부하(R2)에 전원을 공급하고, 부하(R2)에는 전류원이 병렬로 연결되어 있다.

정류 다이오드 D1, D2, D3, D4에 의해 전파정류된 전원전압은 C1, R1, D6, C2를 통해 충전과정을 수행하고, C2, D5와 D7, C1을 통해 방전과정을 수행한다. 이때, C1의 전압이 전원전압에 따라 달라지는데, 이로 인하여 인가된 전원전압과 충전전류가 동위상의 동전류를 형성하여 역률을 개선시키게 된다. 또한, C2는 밸리 전압의 반 전압(50Vdc)으로 충전되는데, R1을 D6에 직렬로 연결되어 있어 충전전류 를 제한하여 역률을 개선시킨다.

도 2a는 도 1의 안정기 전원회로에서 시간에 대한 Vc의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 2b는 도 1의 안정기 전원회로에서 시간에 대한 ia 및 Va-b의 관계를 나타낸 그래프이다.

안정기 전원회로의 노드(node) c에는 도 2a와 같이 최대값은 110V이고, 최소값은 50V로 하는 밸리 전압이 나타난다. 그리고, 밸리 필 회로에 나타나는 전압은 도 2a와 같이 전파 정류된 전압의 반전압이 직류 레벨로 충전되는 전압을 갖지만, 도 2b에 보이는 바와 같이 입력전원전류 ia와 입력전원전압 Va-b의 위상이 동상을 이루어 역률(Power Factor, PF)을 0.94로 개선시킨다. 이는 고역률의 기준인 0.9보다 높은 경우이다.

상기와 같이 밸리 필 회로를 이용하여 110Vac의 전원전압을 사용하는 전자식 안정기의 경우에, 출력전압의 낮은 쪽 전압이 50V로 낮다는 문제점이 있다. 이 전압은 안정기가 형광등을 점등시키지 못하는 전원전압이 될 수도 있다. 따라서, 더 높은 전압을 만들어 낼 필요성이 생기게 되며, 역률 저하를 최소한으로 하면서, 전압을 높일 수 있는 전원회로가 필요한 실정이다.

본 발명의 일 측면은 낮은 전압을 인가받는 경우에도 고역률을 유지하면서 전원전압을 배가시켜 전원공급의 효율을 증가시킬 수 있는 안정기 전원회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은, 전원의 일측 단자와 타측 단자를 연결하는 제1 배압회로부 및 제2 배압회로부와, 상기 제1 배압회로부와 제2 배압회로부를 연결하는 방전회로부를 구비하되, 상기 제1 배압회로부는 서로 직렬로 연결된 제1 커패시터, 제1 저항, 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 구비하되, 전원공급의 반주기 동안 제1 커패시터, 제1 저항, 제1 다이오드, 제2 다이오드에 순차적으로 전류가 흘러 상기 제1 커패시터에 전원전압을 충전시키는 충전회로를 형성하고, 상기 제2 배압회로부는 서로 직렬로 연결된 제2 커패시터, 제3 저항, 제3 다이오드, 제4 다이오드를 구비하되, 상기 제1 커패시터의 충전과정 후 전원공급의 나머지 반주기 동안 제2 커패시터, 제3 저항, 제3 다이오드, 제4 다이오드에 순차적으로 전류가 흘러 상기 제2 커패시터에 전원전압을 충전시키는 충전회로를 형성하되, 상기 제3 다이오드와 제4 다이오드를 연결하는 접속점은 상기 제1 다이오드와 제2 다이오드를 연결하는 접속점에 연결되며, 상기 방전회로부는 제5 내지 제8 다이오드를 구비하되, 상기 제5 다이오드는 상기 제1 커패시터와 제1 저항을 연결하는 접속점에 연결되고, 상기 제6 다이오드는 상기 제2 커패시터와 제3 저항을 연결하는 접속점에 연결된 것 을 특징으로 하는 배압회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 배압회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로는 전원전압으로 저전압이 입력되어도 고역률(0.9 이상)을 유지하면서 출력전압을 배압시킬 수 있기 때문에 전원공급의 효율성을 극대화시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 배압회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로는 역률을 고역률로 유지할 수 있게 되므로 에너지 절약에 기여할 수 있게 될 뿐만 아니라, 환경문제 해결에도 일조할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 3은 본 발명의 배압회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 배압회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로는 제1 배압회로부(100), 제2 배압회로부(200) 및 방전회로부(300)를 구비하고, 제1 배압회로부(100), 제2 배압회로부(200) 및 방전회로부(300)는 부하(R5)에 전원을 공급하며, 부하(R5)에는 전류원이 병렬로 연결되어 있다. 그리고, 제1 배압회로부(100)는 제1 전류제한부(110)를 구비하고, 제2 배압회로부(200)는 제2 전류제한부(120)를 구비한다. 또한, 제1 전류제한부(110)는 제2 다이오드(D2)와 제2 저항(R2)을 구비하고, 제2 전류제한부(120)는 제4 다이오드(D4)와 제4 저항(R4)을 구비한다.

상기 안정기 전원회로는 전원의 + 단자와 - 단자를 연결하는 제1 배압회로부 (100) 및 제2 배압회로부(200)와, 제1 배압회로부(100)와 제2 배압회로부(200) 를 연결하는 방전회로부(300)를 구비한다.

제1 배압회로부(100)는 서로 직렬 연결된 제1 커패시터(C1), 제1 저항(R1), 제1 다이오드(D1), 제1 전류제한부(110)를 구비하고, 제1 전류제한부(110)는 제2 다이오드(D2)와 제2 저항(R2)를 구비하는데, 제2 다이오드(D2)와 제2 저항(R2)은 직렬로 연결되어 있다. 제1 배압회로부(100)는 전원공급의 반주기 동안 제1 커패시터(C1), 제1 저항(R1), 제1 다이오드(D1), 제1 전류제한부(110)에 순차적으로 전류가 흘러 제1 커패시터(C1)에 전원전압을 충전시키는 충전회로를 형성한다. 제8 다이오드(D8)는 전원의 + 단자에 연결되어 제1 배압회로부(100)의 충전전류를 부하(R5)에 전송한다.

제2 배압회로부(200)는 서로 직렬 연결된 제2 커패시터(C2), 제3 저항(R3), 제3 다이오드(D3), 제2 전류제한부(120)를 구비하고, 제2 전류제한부(120)는 제4 다이오드(D4)와 제4 저항(R4)을 구비하는데, 제4 다이오드(D4)와 제4 저항(R4)는 직렬로 연결되어 있다. 제2 배압회로부(200)는 제1 커패시터(C1)의 충전과정 후 전원공급의 나머지 반주기 동안 제2 커패시터(C2), 제3 저항(R3), 제3 다이오드(D3), 제2 전류제한부(120)에 순차적으로 전류가 흘러 제2 커패시터(C2)에 전원전압을 충전시키는 충전회로를 형성한다. 제7 다이오드(D7)는 전원의 - 단자에 연결되어 제2 배압회로부(200)의 충전전류를 부하(R5)에 전송한다. 제3 다이오드(D3)와 제2 전류제한부(120)를 연결하는 접속점은 제1 다이오드(D1)와 제1 전류제한부(110)를 연결하는 접속점에 연결된다.

방전회로부(300)는 제5 다이오드(D5)와 제6 다이오드(D6)를 구비한다. 제5 다이오드(D5)는 제1 배압회로부(100)의 제1 커패시터(C1)와 제1 저항(R1)을 연결하는 접속점에 연결되고, 제6 다이오드(D6)는 제2 배압회로부(200)의 제2 커패시터(C2)와 제3 저항(R3)을 연결하는 접속점에 연결된다. 그리고, 제1 다이오드(D1)와 제3 다이오드(D3)의 접속점에는 제3 커패시터(C3)가 연결되어 있다.

상기 안정기 전원회로도를 살펴보면, 전원공급의 처음 반주기 동안 충전된 제1 커패시터(C1)는 제2 커패시터(C2)의 충전과정 중에는 밸리 전압의 음의 직류전압을 형성하게 되어, 출력전압의 크기는 종래의 밸리 필 전압 형태를 유지하면서 인가된 전원전압의 크기로 된다. 이때, 출력전압의 크기는 약 2배 정도로 만들 수 있는데, 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제3 저항(R3) 및 제4 저항(R4)은 그 값을 적절하게 변경시켜 역률을 조절할 수 있도록 충전전류를 제한하는 역할을 한다. 여기 서, 제1 저항(R1) 및 제3 저항(R3)은 종래의 밸리 필 고역률 수동회로에 구비되었으나, 제2 저항 및 제4 저항(R4)은 본 발명에서 역률을 더욱 더 조절할 수 있도록 충전전류를 제한하기 위해 종래의 배압회로에 추가적으로 구비하였다.

도 4a는 도 3의 안정기 전원회로에서 시간에 대한 Vf의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 4b는 도 3의 안정기 전원회로에서 시간에 대한 id 및 Vd-e의 관계를 나타낸 그래프이다.

안정기 전원회로의 노드 f에는 도 4a와 같이 최대값은 190V, 최소값은 105V로 하는 밸리 전압이 나타난다. 그리고, Vf는 도 4a와 같이 종래의 밸리 필 회로를 이용한 안정기 전원회로의 Vc(도 2a 참조)에 비하여 약 2배 정도의 크기라는 것을 알 수 있다. 입력전류 id와 입력전압 Vd-e의 위상이 동상을 이루어 고역률을 유지하고 있다. 실험상 역률이 0.9 이상인 것을 확인하였고, R1, R2, R3, R4의 값을 증가시켜 역률을 더욱 더 개선할 수 있다.

종래에도 밸리 필 회로를 이용하여 안정기 회로를 구성한 예가 있으나, 110V의 전원전압을 공급받는 경우에는 고역률(0.9 이상)을 유지할 수 없었다. 그러나, 본 발명에서 제안한 배압회로를 이용한 안정기 전원회로는 110V의 전원전압으로도 고역률을 유지하면서 출력전압을 배압시킬 수 있는 특징이 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부 된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

도 1은 종래의 밸리 필 회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로도이다.

도 2a는 도 1의 안정기 전원회로에서 시간에 대한 Vc의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 2b는 도 1의 안정기 전원회로에서 시간에 대한 ia 및 Va-b의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 배압회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로도이다.

도 4a는 도 3의 안정기 전원회로에서 시간에 대한 Vf의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 4b는 도 3의 안정기 전원회로에서 시간에 대한 id 및 Vd-e의 관계를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 제1 배압회로부 110 : 제1 전류제한부

120 : 제2 전류제한부 200 : 제2 배압회로부

300 : 방전회로부

Claims

전원의 일측 단자와 타측 단자를 연결하는 제1 배압회로부 및 제2 배압회로부와, 상기 제1 배압회로부와 제2 배압회로부를 연결하는 방전회로부를 구비하되,

상기 제1 배압회로부는 서로 직렬로 연결된 제1 커패시터, 제1 저항, 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 구비하되, 전원공급의 반주기 동안 제1 커패시터, 제1 저항, 제1 다이오드, 제2 다이오드에 순차적으로 전류가 흘러 상기 제1 커패시터에 전원전압을 충전시키는 충전회로를 형성하고,

상기 제2 배압회로부는 서로 직렬로 연결된 제2 커패시터, 제3 저항, 제3 다이오드, 제4 다이오드를 구비하되, 상기 제1 커패시터의 충전과정 후 전원공급의 나머지 반주기 동안 제2 커패시터, 제3 저항, 제3 다이오드, 제4 다이오드에 순차적으로 전류가 흘러 상기 제2 커패시터에 전원전압을 충전시키는 충전회로를 형성하되, 상기 제3 다이오드와 제4 다이오드를 연결하는 접속점은 상기 제1 다이오드와 제2 다이오드를 연결하는 접속점에 연결되며,

상기 방전회로부는 제5 내지 제8 다이오드를 구비하되, 상기 제5 다이오드는 상기 제1 커패시터와 제1 저항을 연결하는 접속점에 연결되고, 상기 제6 다이오드는 상기 제2 커패시터와 제3 저항을 연결하는 접속점에 연결된 것을 특징으로 하는 배압회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로.
제1항에 있어서,

상기 제1 배압회로부는 제2 다이오드에 직렬로 연결된 제2 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배압회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로.
제1항에 있어서,

상기 제2 배압회로부는 제4 다이오드에 직렬로 연결된 제4 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배압회로를 이용한 고역률 안정기 전원회로.