KR100916144B1

KR100916144B1 - 고압방전등용 음향공명 제거회로

Info

Publication number: KR100916144B1
Application number: KR1020080010714A
Authority: KR
Inventors: 이병갑; 박종연
Original assignee: 주식회사 미디어테크놀로지
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2009-09-08
Also published as: KR20090084497A

Abstract

본 발명은 고압방전등용 음향공명 제거회로에 관한 것으로서, 고압방전등용 전자식 안정기에 구비되는 전원공급용 SMPS의 출력단에 전압분배를 위한 2개의 저항(R1)(R2)을 연결하고 상기 저항 R2에 커패시터(C1)를 연결하며, 상기 R1과 R2의 저항 사이에 제1슈미트리거 인버터(U2A) 및 제2슈미트리거 인버터(U3A)의 연속 배열에 의한 발진판단회로(10)를 연결하며, 상기 발진판단회로(10)의 제2슈미트리거 인버터(U3A)로부터 발진을 위한 인가전압을 공급받는 제3슈미트리거 인버터(U4A)와 상기 제3슈미트리거 인버터(U4A)에 연결된 저항(R3) 및 커패시터(C2)에 의한 발진회로(20)를 구비하며, 상기 발진회로(20)의 출력전압을 입력받는 제1버퍼(U5A)를 연결하고 상기 제1버퍼(U5A)의 출력단에 전압분배 후 충방전을 행하면서 최종 공급전압(Voffset)을 출력하도록 2개의 저항(R4)(R5)과 커패시터(C3) 및 제2버퍼(U6A)를 연결하며, 상기 제2버퍼(U6A)를 통과한 최종 공급전압은 트랜지스터(Q6) 및 다이오드(D6)와 발진주파수를 결정하게 되는 커패시터(Ct) 및 저항(Rt)의 연결 구성에 의한 주파수가변회로(30)를 통하여 주파수를 가변한 후 상기 안정기에 구비되는 램프구동용 드라이브IC(U1)에 인가되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

고압방전등, 안정기, 음향공명, 제거, 발진판단, 발진, 주파수가변

Description

고압방전등용 음향공명 제거회로{SOUND RESONATING REMOVAL CIRCUIT FOR HIGH INTENSITY DISCHARGE LAMP}

본 발명은 고압방전등용 음향공명 제거회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로컨트롤러의 사용없이 회로를 구성하고 여러 주파수대역의 스윕(sweep)을 통해 주파수를 가변하여 램프에서의 음향공명현상을 제거할 수 있도록 한 고압방전등용 음향공명 제거회로에 관한 것이다.

일반적으로 고압방전등(HID램프)은 기존의 할로겐전구와 달리 필라멘트가 없이 전극사이의 불꽃 방전(플라즈마현상)을 이용하여 발광을 유도하는 램프로서, 수명이 길고 열부하가 적은 고효율 특성을 가지며, 에너지절약과 환경문제 및 효율성 측면에서 메탈할라이드램프(이하 "MHL"이라 한다.)가 가장 선호되고 있다.

상기 MHL은 통상적으로 일정한 주파수대역(특히 25kHz) 이하에서 음향공명대역이 밀집되어 분포되어 있으며, 램프 제조사마다 방전관의 크기에 차이가 있고 램프의 점등시간이 경과함에 따라 램프의 음향공명대역이 달라지게 된다.

여기서, 램프에서의 음향공명은 램프의 점등시 발생되는 빛의 떨림을 유발하게 된다.

이에 따라, 하나의 단일 주파수로 램프에서의 음향공명현상을 제거하기에는 많은 어려움이 있게 된다.

이러한 음향공명현상의 제거를 위해 적용되는 종래 기술로는 하프브리지방식을 채택한 고압방전등용 안정기에 마이크로컨트롤러를 사용하여 램프를 구동하는 기술이 제시된 바 있다.

본 발명은 기존 마이크로컨트롤러의 사용방식을 배제할 수 있도록 하며, 마이크로컨트롤러의 사용없이 회로를 구성하고 여러 주파수대역의 스윕(sweep)을 통해 주파수를 가변하여 램프에서의 음향공명현상을 제거할 수 있도록 한 고압방전등용 음향공명 제거회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 고압방전등용 안정기에 구비되는 전원공급용 SMPS의 출력전압을 이용할 수 있도록 하며 효율을 높일 수 있도록 한 고압방전등용 음향공명 제거회로를 제공하는데 있다.

본 발명은 고압방전등용 전자식 안정기가 구비됨에 있어서,

상기 안정기에 구비되는 전원공급용 SMPS의 출력단에 전압분배를 위한 2개의 저항을 연결하고 상기 저항 R2에 커패시터를 병렬 연결하며, 상기 R1과 R2의 저항 사이에 제1슈미트리거 인버터 및 제2슈미트리거 인버터의 연속 배열에 의한 발진판단회로를 연결하며, 상기 발진판단회로의 제2슈미트리거 인버터로부터 발진을 위한 인가전압을 공급받는 제3슈미트리거 인버터와 상기 제3슈미트리거 인버터에 연결된 저항 및 커패시터에 의한 발진회로를 구비하며, 상기 발진회로의 출력전압을 입력받는 제1버퍼를 연결하고 상기 제1버퍼의 출력단에 전압분배 후 충방전을 행하면서 최종 공급전압을 출력하도록 2개의 저항과 커패시터 및 제2버퍼를 연결하며, 상기 제2버퍼를 통과한 최종 공급전압은 트랜지스터 및 다이오드와 발진주파수를 결정하게 되는 커패시터 및 저항의 연결 구성에 의한 주파수가변회로를 통하여 주파수를 가변한 후 상기 안정기에 구비되는 램프구동용 드라이브IC에 인가되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 기존에 많이 적용되는 마이크로컨트롤러의 사용없이 회로를 구성할 수 있고 음향공명 제거의 효율을 높일 수 있으며, 고압방전등용 안정기에 구비되는 전원공급용 SMPS의 출력전압을 이용하고 주파수 가변을 위한 발진회로를 구비함에 의해 여러 주파수대역의 스윕을 통해 실시간으로 주파수를 가변시키면서 램프의 구동을 제어 및 램프의 구동시 램프에서의 음향공명현상을 제거할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 발진회로의 도입에 의해 주파수를 일정하게 가변시킬 수 있고 간단한 구조로 구성할 수 있으며, 램프의 음향공명대역이 달라지더라도 효율적으로 대처하여 램프의 음향공명현상을 제거할 수 있다.

본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에서와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 고압방전등용 음향공명 제거회로는 고압방전등용 전자식 안정기에 구비하여 고압방전등인 램프에서의 음향공명현상을 제거하는데 사용하기 위한 것으로서, 상기 안정기에 구비되는 전원공급용 SMPS의 출력단에 전압분배를 위한 2개의 저항(R1)(R2)을 연결하고 상기 저항 R2에 커패시터(C1)를 병렬 연결하며; 상기 R1과 R2의 저항 사이에 제1슈미트리거 인버터(U2A) 및 제2슈미트리거 인버터(U3A)의 연속 배열에 의한 발진판단회로(10)를 연결하며; 상기 발진판단회로(10)의 제2슈미트리거 인버터(U3A) 출력신호에 따라 공급전압(Vcc)을 인가받도록 발진회로(20)를 구비하되, 이 발진회로(20)는 제2슈미트리거 인버터가 High신호를 발생시 제2슈미트리거 인버터로부터 공급전압을 인가받도록 제3슈미트리거 인버터(U4A)가 연결되고 상기 제3슈미트리거 인버터(U4A)에 저항(R3) 및 커패시터(C2)를 연결하여 구성하며; 상기 발진회로(20)의 출력전압을 입력받는 제1버퍼(U5A)를 연결하고 상기 제1버퍼(U5A)의 출력단에 전압분배 후 충방전을 행하면서 최종 공급전압(Voffset)을 출력하도록 2개의 저항(R4)(R5)과 커패시터(C3) 및 제2버퍼(U6A)를 연결하며; 상기 제2버퍼(U6A)를 통과한 최종 공급전압(Voffset)은 주파수가변회로(30)를 통하여 안정기에 구비되는 램프구동용 드라이브IC(U1)에 인가되게 구성하되, 상기 주파수가변회로(30)는 최종 공급전압을 입력받아 신호를 증폭 발진시키도록 트랜지스터(Q6)를 구비하고 이 트랜지스터(Q6)의 출력측에 다이오드(D6)를 연결하여 램프구동용 드라이브IC(U1)측으로 신호흐름을 유도하며 이 다이오드(D6)의 출력측에 커패시터(Ct) 및 저항(Rt)을 직렬 연결하여 주파수를 가변한 후 램프구동용 드라이브IC(U1)에 인가되게 하는 구성으로 이루어진다.

이러한 구성으로 본 발명의 실시예에 의한 고압방전등용 음향공명 제거회로의 작용을 설명하면 다음과 같다.

고압방전등용 전자식 안정기에 220V/60Hz의 전원이 인가되면, 전원공급용 SMPS는 +15V의 DC전압을 출력하게 된다.

이때, SMPS의 출력단에 연결된 저항 R1과 R2는 전압분배를 수행하게 되고 이러한 전압분배에 의해 저항 R2에는 다음의 수학식 1에 의해 산출되는 전압이 걸리게 되며, 저항 R2와 커패시터 C1에 의해 충방전이 이루어진다.

[수학식 1]

V_R2 = 220k / (820k+220k) × 15V = 3.17V

여기서, 커패시터 C1에 충전되는 속도는 R2와 C1의 시정수에 의해 결정되는데, 시정수 τ= R2 × C1이고, 본 발명의 음향공명 제거회로를 1kW급 고압방전등용 안정기에 적용한다고 할 때 저항 R1은 820㏀를 사용하고 저항 R2는 220㏀를 사용한다고 가정한다.

상기 시정수 식에 의해 시정수는 44초가 되며, 44초 이후에 제1슈미트리거 인버터(U2A)의 입력으로 ①번 전압이 인가된다.

①번 전압이 인가되는 제1슈미트리거 인버터(U2A)는 초기상태에 High 신호를 출력하게 되고, 2분 정도가 경과하게 되면 ①번 전압이 도 3에서 보여주는 바와 같이 3V가 되기 시작하며, 이에 의해 제1슈미트리거 인버터(U2A)의 출력은 초기 High 에서 Low로 변환 출력되어 ②번 전압의 출력을 갖게 된다.

이는 도 3에서 보여주는 측정된 출력파형에서와 같이, ①번상태(상측 파형)의 전압이 3V가 되는 순간 제1슈미트리거 인버터(U2A)의 출력을 나타내는 ②번상태(하측 파형)의 전압은 High에서 Low가 되는 것을 확인할 수 있다.

제1슈미트리거 인버터(U2A)의 출력을 입력받는 제2슈미트리거 인버터(U3A)는 반전기로 기능함과 아울러 발진회로(20)에 공급전압(Vcc)을 인가하는 작용을 하는데, 그림 4에서와 같이 ②번 전압이 High일 동안에 제2슈미트리거 인버터(U3A)는 Low 신호를 갖게 되고 이에 의해 ③번 전압의 출력이 Low가 되어 발진회로(20)에 전원 공급을 차단하게 된다.

하지만, 시정수에 의해 2분 정도의 시간이 경과한 후에는 제1슈미트리거 인버터(U2A)가 High에서 Low 출력을 갖게 되므로 제2슈미트리거 인버터는 High 신호를 갖게 되고 이에 의해 ③번 전압의 출력이 High가 되어 발진회로(20)에 공급전압(Vcc)을 인가하게 된다.

이는 도 4에서 보여주는 바와 같이, 상기한 제1슈미트리거 인버터(U2A)의 ②번 전압(상측 파형)에 대한 출력파형과 제2슈미트리거 인버터(U3A)의 ③번 전압(하측 파형)에 대한 출력 파형을 통해 확인할 수 있다.

이어서, 제2슈미트리거 인버터(U3A)의 출력이 High가 되면 발진회로(20)는 공급전압(Vcc)을 인가받아 동작하게 되며, 발진주파수(f)는 다음의 수학식 2에 의해 결정된다.

[수학식 2]

f = 1 / (0.8 × R3 × C2)

여기서, 1kW급 고압방전등용 안정기에 적용한다고 할 때, 저항 R3은 5.2㏀를 사용하고 커패시터 C2는 1㎌를 사용한다고 가정한다.

즉, 발진주파수는 상기한 수식에 의해 240Hz가 되며, ④번 전압의 출력을 갖게 된다.

발진회로(20)를 통한 ④번 전압의 출력파형은 첨부한 도 5에서 확인할 수 있다. 이때, 도 5에서의 출력파형 중에 가운데 파형은 전압 관전류를 의미하고, 하측의 파형이 ④번 전압의 출력파형을 의미한다.

발진회로(20)의 동작에 의한 출력은 제1버퍼(U5A)를 통해 증폭된 후 저항 R4와 R5에 의해 전압 분배되고 저항 R5와 커패시터 C3에 의해 충방전을 하면서 제2버퍼(U6A)를 통해 증폭된 후 최종 공급전압(Voffset)을 출력하게 되며, 최종 공급전압은 1kW급 고압방전등용 안정기에 적용한다고 하였을 때 0~260mV의 범위 내에서 이루어지게 된다.

이때, 제2버퍼(U6A)로 입력되는 ⑤번 전압은 도 6에서와 같은 출력파형을 형성하게 된다.

그리고, 제2버퍼(U6A)를 통과한 최종 공급전압(Voffset)은 주파수가변회로(30)의 트랜지스터(Q6)로 입력되어 신호가 증폭 발진되고, 다이오드(D6)를 통해 램프구동용 드라이브IC(U1)측으로 신호흐름이 유도되며, 커패시터(Ct)와 저항(Rt)을 통하여 주파수가 가변된 후 램프구동용 드라이브IC(U1)에 인가된다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 음향공명 제거회로를 안정기에 적용한 상태에서 측정된 주파수 출력파형으로서, 도 7에서는 최종 공급전압(Voffset)의 출력전 압이 0V일 때 주파수가 18.7kHz대역을 형성함을 보여주고 있고, 도 8에서는 최종 공급전압(Voffset)의 출력전압이 250mV일 때 주파수가 19.24kHz대역을 형성함을 보여주고 있어 1kW급 고압방전등용에 적용시 음향공명대역이 밀집되어 분포된 25kHz 이하에서 실시간 주파수 가변을 통해 램프를 구동 제어함을 확인할 수 있습니다.

따라서, 램프의 구동과 함께 램프의 구동시 실시간의 발진 및 주파수 가변을 통해 램프에서의 음향공명현상을 효과적으로 제거할 수 있게 되며, 램프에서 발생되는 빛의 떨림현상을 없앨 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 음향공명 제거회로는 설명의 편의를 위해 주로 1kW급 고압방전등에 적합한 형태의 것만을 예를 들어 설명하였으나, 1kW급 이상 또는 이하의 고압방전등에도 응용하여 적용할 수 있음은 당해분야에서 자명하다 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에 해당된다 할 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 고압방전등용 음향공명 제거회로를 설명하기 위해 나타낸 회로 구성도.

도 3은 본 발명의 회로에 있어 ①번 출력전압과 ②번 출력전압의 출력파형을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 회로에 있어 ②번 출력전압과 ③번 출력전압과의 관계를 나타내도록 출력파형을 보인 도면.

도 5는 본 발명의 회로에 있어 ④번 출력전압의 출력파형을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 회로에 있어 ⑤번 출력전압의 출력파형을 나타낸 도면.

도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 음향공명 제거회로를 안정기에 적용한 상태에서 측정된 주파수 출력파형을 보인 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 발진판단회로 20: 발진회로

30: 주파수가변회로

Claims

전원공급용 SMPS를 포함하는 고압방전등용 전자식 안정기에 구비되며, 고압방전등인 램프에서의 음향공명현상을 제거하는데 사용되는 고압방전등용 음향공명 제거회로에 있어서,

상기 안정기에 구비되는 전원공급용 SMPS의 출력단에 전압분배를 위한 2개의 저항(R1)(R2)을 연결하고 상기 저항 R2에 커패시터(C1)를 병렬 연결하며;

상기 R1과 R2의 저항 사이에 제1슈미트리거 인버터(U2A) 및 제2슈미트리거 인버터(U3A)의 연속 배열에 의한 발진판단회로(10)를 연결하며;

상기 발진판단회로(10)의 제2슈미트리거 인버터(U3A) 출력신호에 따라 공급전압(Vcc)을 인가받도록 발진회로(20)를 구비하되, 이 발진회로(20)는 제2슈미트리거 인버터가 High신호를 발생시 제2슈미트리거 인버터로부터 공급전압을 인가받도록 제3슈미트리거 인버터(U4A)가 연결되고 상기 제3슈미트리거 인버터(U4A)에 저항(R3) 및 커패시터(C2)를 연결하여 구성하며;

상기 발진회로(20)의 출력전압을 입력받는 제1버퍼(U5A)를 연결하고 상기 제1버퍼(U5A)의 출력단에 전압분배 후 충방전을 행하면서 최종 공급전압(Voffset)을 출력하도록 2개의 저항(R4)(R5)과 커패시터(C3) 및 제2버퍼(U6A)를 연결하며;

상기 제2버퍼(U6A)를 통과한 최종 공급전압(Voffset)은 주파수가변회로(30)를 통하여 안정기에 구비되는 램프구동용 드라이브IC(U1)에 인가되게 구성하되, 상기 주파수가변회로(30)는 최종 공급전압을 입력받아 신호를 증폭 발진시키도록 트랜지스터(Q6)를 구비하고 이 트랜지스터(Q6)의 출력측에 다이오드(D6)를 연결하여 램프구동용 드라이브IC(U1)측으로 신호흐름을 유도하며 이 다이오드(D6)의 출력측에 커패시터(Ct) 및 저항(Rt)을 연결하여 주파수를 가변한 후 램프구동용 드라이브IC(U1)에 인가되도록 구성한 것을 특징으로 하는 고압방전등용 음향공명 제거회로.