KR100958297B1

KR100958297B1 - 고압방전등용 자기식 안정기

Info

Publication number: KR100958297B1
Application number: KR1020090136251A
Authority: KR
Inventors: 배형구; 배수호; 노형근; 윤성식
Original assignee: 배형구
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2010-05-19

Abstract

본 발명에 의한 고압방전등용 자기식 안정기(100)는 전원공급부(110), 제 1 전원회로(111), 돌입전류억제부(120), 전력변환부(130), 초크코일(140), 무부하감지부(160), 단락감지부(170)를 포함함으로써, 점등 순간 과전류가 흘러 차단기 오동작하는 것을 막으며, 전원 변환회로에 의해 차량 및 인적이 드문 시간 때에 전력을 낮추어 전력을 절감하고 무부하되거나, 단락시 전원을 차단하는 것을 특징으로 하는 고압방전등용 자기식 안정기를 개시한다.

돌입전류(inrush current)억제부(120), 전력변환부(130), 무부하감지부(160), 단락감지부(170)

Description

고압방전등용 자기식 안정기{Magnetic ballast circuit for high intensity discharge lamp }

본 발명은 고압방전등용 자기식 안정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 점등순간 과전류가 흘러 차단기가 오동작하는 것을 방지하기 위해 돌입전류를 억제하며, 일정시간 후에 램프 전력에 맞는 전류로 전력변환 하고, 안정기 출력 선의 오결선, 소켓의 불량 또는 방전등의 파손 등에 의해 출력선이 단락된 경우 또는 램프가 수명을 다하거나 안정기에 램프가 접속되어 있지 않은 등의 무부하시에 전원을 안전차단하여, 전력소비를 줄이고 발광다이오드를 사용하여 단락, 무부하 여부를 시각적으로 식별 가능하도록 하는 고압방전등용 자기식 안정기에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 고압방전등에는 수은, 나트륨, 메탈 할라이드 램프가 있는데, 이는 고유한 부성저항 특성이 있으며 상용 교류 전원에 직접 연결하여 사용할 수 없고, 반드시 별도의 안정기를 부착하여 사용하여야한다.

일반적으로 가로등 조명이나 고천정 조명등으로 많이 사용되고 있는 고압방전등을 점등하기 위해서 방전등에 높은 초기시동전압을 공급 즉, 고압 나트륨방전등은 2500[V]~3000[V], 메탈할라이드방전등은 800[V]~2000[V], HQI 방전등은 3500[V]~4500[V]로 고압펄스 전압을 16.67ms(또는 8.33ms)마다 발생시켜야 하고, 점등 후에는 전류를 제어하기 위한 안정기를 필요로 한다.

방전등은 점등 순간 전류는 크게 흐르고 전압은 작은 부성저항 특성이 있어 점등 순간 과전류가 흘러 차단기 오동작하는 원인이 되고 있다.

만약, 안정기 출력선의 오결선, 소켓의 불량 또는 방전등의 파손, 고압방전등의 출력선의 노화 및 사용 장소의 진동에 의해 출력 선이 단락되면 안정기의 트랜스포머에 높은 전류가 흘러 열이 발생하고 안정기의 트랜스포머의 권선불량으로 인하여 또는 사용 장소의 고온에 의하여 또는 권선의 수명이 다했을 때 안정기 권선이 절연 파괴되어 단락되면, 열이 발생하며 오랫동안 방치할 경우 화재를 일으킬 수도 있어 재산상의 피해를 가져올 수 있을 뿐만 아니라 방전등에 과전압이 걸려 방전등에 과전류가 흘러 방전등 수명 단축과 방전등 폭발의 원인이 되고 있다.

램프가 수명을 다하거나 안정기에 램프가 접속되어 있지 않을 때 안정기는 계속하여 동작하면서 약 4000[V]의 고전압을 발생하여 그 전압에 감전될 우려가 있고 그 전압에 의해 안정기 권선이 절연 파괴될 수 있으며 큰 피상 전력을 소모시켜 국가적 에너지 낭비가 심각하다.

<무부하시 전력 손실> :메탈 350W, 나트륨 400W 경우

구분	MH 350W	NH 400W
유효전력(W)	3.61	5.2
피상전력(VA)	466	957

안정기 출력단이 작업자의 오결선이나 진동 또는 전선의 노후화에 의해 단락되면 안정기 초크코일(140)이 전원에 대한 부하가 되어 큰 단락 전류가 흐른다. 일반적으로는 이 단락 전류에 견디어야 하나 코일 및 코어를 규정치 이하의 코일을 사용할 경우 과열로 인하여 화재의 위험성이 있고 램프가 점등도 안 된 상태에서 큰 피상전력 및 유효전력을 낭비한다.

<2차 단락시 전력 손실>:메탈 350W, 나트륨 400W 경우

구분	MH 350W	NH 400W
유효전력(W)	66.56	52.0
피상전력(VA)	787	517

이와 같이, 설치된 가로등이 점등되지 않는 등의 고장이 난 경우에는 정확한 고장의 개소를 발견할 수가 없어 고가의 가로등의 안정기나 방전등의 전체를 교체하여 버리는 폐단이 있고, 가로등 유지 보수에 많은 인력과 노력이 요구될 뿐만 아니라 유지보수비가 많이 요구되는 비경제적인 결함도 나타나고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 고압방전등용 자기식 안정기에서 돌입전류를 억제하여 점등 순간 과전류가 흘러 차단기가 오동작하는 것을 막으며, 일정시간 후 램프전력에 맞는 인덕턴스로 전류를 제한하고, 차량 및 인적이 드문 심야시간 때에 제 2 릴레이구동회로(RL2)를 복귀시켜 안정기의 전력을 낮추어 전력을 절약하고, 무부하시나 단락시에 전원을 자동으로 차단하는 고압방전등용 자기식 안정기를 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면,

고압방전등용 안정기에 있어서, 전원 양단(V, V')으로 구성되며, 고압방전 램프를 동작시키는 전원을 공급해주는 전원공급부(110); 교류 입력단을 일정하게하여 DC전원으로 만드는 제 1 전원회로(111); 상기 전원공급부(110)에 전기적으로 연결되고, 스위칭 동작에 의한 점등 순간에 인덕턴스를 크게 하여, 돌입전류를 작게 하여 돌입전류를 억제하도록 하는 돌입전류억제부(120); 상기 돌입전류억제부(120)에 의해 돌입전류가 억제되고 일정 시간 후, 스위칭 동작에 의해 초크코일을 램프 정격에 맞는 인덕턴스로 작아지게 하여, 전력이 램프 전력에 맞도록 조절하며 인적이 드문 심야 시간 때에는 스위칭 동작을 복귀하여 초크코일의 인덕턴스를 크게 하여 램프전력을 낮추는 것을 특징으로 하는 전력변환부(130); 상기 전원부와 전기적으로 연결된 초크코일(140)T을 포함하여 형성되고, 전원 투입과 동시에 큰 인덕턴 스로 인해 점등 초기 과전류가 흐르는 것을 방지하며, 일정 시간 경과후 램프 정격 전력에 맞는 인덕턴스로 전류를 제한하는 것을 특징으로 하는 고압방전등용 자기식 안정기를 제공한다.

바람직하게는, 상기 초크코일(140)T-2의 출력단과 전원단(V')사이에 연결된 저항(R11); 애노드단이 저항(R11)에 연결된 다이오드(D8); 상기 다이오드(D8)의 캐소드단에 전기적으로 연결된 저항(R12, R13)과 연결; 저항(R13)의 분압전원에 의해 SCR Q6를 동작시켜 무부하인지 여부 감지하는 무부하감지부(160); 상기 초크코일(140)T-2의 출력단과 전원단(V')사이에 연결된 다이오드(D9), 저항(R14, R15), 과 저항(R15)과 전원단(V')사이에 연결된 제너다이오드(ZD7), 콘덴서(C11)로 구성되며, 램프 양단이 정상 점등됐거나 무부하 상태 일 때는 Q4가 동작하여 제 1 릴레이구동회로(RL1)를 동작시키지 않고, 램프 양단이 단락되면 Q4는 동작하지 않아, Q3의 게이트 전압을 공급하여 Q3는 동작하고 릴레이 RL1코일에 전류가 흘러 제 1 릴레이 구동회로(RL1)가 동작하여 단락시 입력 전원을 차단하는 단락감지부(170);무부하시나 단락시에 제 1 릴레이구동회로(RL1)가 동작함으로써 전원공급부(110)에서 공급되는 전압을 차단하고, 제 1릴레이구동회로(RL1)에 전류가 흘러 릴레이 스위치가 Rb접점에서 Rc접점으로 이동하여 입력 전원을 차단하는 전원차단부(200); 및 램프 재점등시 전원을 차단하지 않고, 램프가 점등되도록 전원 차단지연시간을 갖는 전원차단시간지연부(210)로 구성될 수 있다.

바람직하게, 돌입전류억제부(120)에서, 제 2 릴레이구동회로(RL2)를 시간적으로 제한하는 타이머; 상기 타이머에 일정한 DC전원을 인가하는 제 1 전원회 로(111)로 구성되며; 상기 제 1 전원회로(111)로부터 타이머에 출력된 전압이 RC시정수에 의해 일정시간 동안 충전되고, 상기 충전전압이 제너다이오드(ZD2)전압 이상이 되어 Q2와 Q1이 도통 되기 전까지 램프의 정격 전력보다 낮은 전력으로 점등시켜, 점등 순간 과전류가 흘러 차단기 오동작하는 것을 방지할 수 있다.

바람직하게, 전력변환부(130)에서, 램프의 전력에 맞도록 구동 시킬 수 있는 제 1 초크코일(140)부(T-1, T-2)과 램프에 순간 과전류를 억제하도록 전류 흐르게 하는 제 2 초크코일(140)부(T-3, T-1, T-2), 상기 제 1, 2 코일 스위칭하는 제 2 릴레이스위칭부로 구성되며 제 1 전원회로(111)로부터 타이머에 출력된 전압이 RC시정수에 의해 일정시간 동안 충전되고, 충전전압이 제너다이오드(ZD2)전압 이상이 되어 Q2와 Q1이 도통 되면, 제2릴레이구동회로(RL2)에 전류가 흘러 제 1 초크코일부(T-1, T-2)에 의해 램프의 전력에 맞도록 전력을 변환시킬 수 있다.

바람직하게, 제 1 전원회로(111)의 DC 전원은 상기 타이머에 입력되고, 상기 DC전원이 저항(R6),콘덴서(C5)의 RC시상수에 의해 충전되는 시간 동안 제 2 릴레이구동회로(RL2)를 동작시켜 램프 정격 전력으로 점등시키고, 충전된 전압이 문턱(threshold) 전압이상이 되면 충전된 전압이 방전되고, 방전되는 시간 동안 Q2 와 Q1은 동작하지 않고, 제2릴레이구동회로(RL2)도 동작하지 않아 램프 전력보다 낮은 전력으로 점등할 수 있다.

바람직하게, 상기 제 1 릴레이(RL1)스위칭부의 Rc접점과 전원공급부(110)(V')사이에 비상등을 더 구비하여, 상기 제 1 릴레이 구동회로(RL1)가 동작하여 Ra접점과 Rc접점이 연결되면 입력 전원이 차단되고, 입력 전원이 저항(R1)을 통하여 발광다이오드(LED) L1에 전류가 흘러 점등되어 고장을 표시할 수 있다.

본 발명에 의하면, 방전등의 점등 순간 과전류가 흘러 차단기 오동작하는 것을 막을 수 있고, 차량 및 인적이 많은 시간 때에 100%의 전력을 출력하고, 차량 및 인적이 드문 심야 시간 때에는 전력을 80%로 낮추어 전력을 절약하는 효과가 있다.

본 발명의 램프가 수명을 다하거나 안정기의 램프가 접속되어 있지 않을 때, 또는 안정기 출력단이 작업자의 오결선이나 진동 또는 전선의 노후화에 의해 단락되면 전원을 차단하여 과열에 의한 화재 및 전력 절감을 하는 효과가 있다.

본 발명인 램프가 무부하이거나 단락상태인 경우 발광다이오드에 의해 시각적으로 보여줌으로써 램프의 상태를 쉽게 확인하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 개략적인 블럭도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 개략적인 회로도이다.

도 2을 참조하면, 본 발명에 의한 고압방전등용 자기식 안정기는 전원공급부(110), 제 1 전원회로(111), 돌입전류억제부(120), 전력변환부(130), 초크코일(140), 이그나이터부(150), 무부하감지부(160), 단락감지부(170), 제 2 전원회로(190), 전원차단부(200) 및 전원차단시간지연부(210)를 포함한다.

전원공급부(110) 또는 입력전압(110)은 외부로부터 인가된 전원을 제공받는 전원 양단(V,V')으로 구성되며, 램프를 실질적으로 동작시킬 수 있는 전원을 공급해준다.

제 1 전원회로(111) 또는 전원회로1(111)은 전원공급부(110)와 전기적으로 연결되는 콘덴서(C1); 캐소드단이 콘덴서(C1)와 전기적으로 연결되며, 애노드단이 전원공급부(110)(V')에 전기적으로 연결되는 다이오드(D1); 콘덴서(C1)와 다이오드(D1)가 전기적으로 연결되는 지점에 애노드단이 전기적으로 연결되는 다이오드(D2); 다이오드(D2)의 캐소드단과 전기적으로 연결된 저항(R2); 캐소드단이 저항(R2)과 전기적으로 연결되고, 애노드단이 전원공급부(110)(V')에 전기적으로 연결되는 제너다이오드(ZD1); 제너다이오드(ZD1)와 병렬로 연결된 콘덴서(C2)로 구성되며, 교류입력단을 일정하게 하여 DC전원으로 만든다.

돌입전류(inrush current)억제부(120) 또는 돌입전류억제회로(120)는 전원공급부(110)에 전기적으로 연결되고, 사용자의 스위칭 동작에 의한 점등 순간에 인덕턴스를 크게 하여, 돌입전류를 작게 한다. 예컨대, 돌입전류억제부(120)는, 제 2 릴레이구동회로(RL2)를 시간적으로 제한하는 타이머 및 타이머를 구동하기 위한 일정크기의 DC전원을 인가하는 제 1 전원회로(111)로 구성된다. 제 1 전원회로(111)로부터 타이머에 출력된 전압이 RC시정수에 의해 일정시간 동안 충전되고, 충전전압이 제너다이오드(ZD2)전압 이상이 되어 Q2와 Q1이 도통되기 전까지 램프의 정격 전력보다 낮은 전력을 점등시켜, 점등 순간 과전류가 흘러 차단기 오동작하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 타이머는 LM555N이다. 방전등은 점등 순간 전류는 크게 흐르고 전압은 작은 부성 저항 특성이 있어 점등 순간 과전류가 흘러 차단기가 오동작하는 원인이 되고 있다. 따라서 점등 순간에 제 2 릴레이구동회로(RL2)의 동작을 지연시켜 일정시간 동안 동작하지 못하도록, 초크코일(140) T의 T-1, T-2, T-3의 인덕턴스의 합이 전류를 제한하도록 하고 일정시간 후에 제 2 릴레이구동회로(RL2)가 동작하면 T-1, T-2의 합이 전류를 제한한다. 따라서, 점등 순간에는 인덕턴스를 크게 하여 돌입전류를 작게 하고 일정시간(약 1분) 후에 램프 전력에 맞는 인덕턴스로 전류를 제한한다.

전원이 입력되면 제 1 릴레이구동회로(RL1)의 Ra와 Rb가 통하고, 제 2릴레이구동회로(RL2)의 R2a와 R2c를 통해 초크코일(140) T-3, T-1, T-2의 큰 인덕턴스에 전류가 흘러 램프의 정격전력보다 낮은 전력으로 점등하며, 전원회로에 전원이 입력되면 다이오드(D1)을 통해서 전류가 콘덴서(C1)에 충전되고, 그 충전된 전압이 다이오드(D2)를 통해 정류되면서 저항(R2)로 전압을 강하시키고, 콘덴서(C2)에 전원이 충전된다. 콘덴서(C2)에 충전된 전압을 제너다이오드(ZD1)로 일정하게 하여 DC 전원이 만들어진다.

DC전원이 타이머(LM555N) IC1 4번, 8번 핀에 입력되면 동시에 3번 핀으로 전압이 출력된다. 3번 핀으로 전압이 출력되면 저항(R4)을 통해 콘덴서(C3)로 RC시정수에 의해 일정 시간 동안 충전되고 그 충전된 전압이 제너다이오드(ZD2)전압 이상이 되면 Q2와 Q1이 도통 되어 제 2 릴레이구동회로(RL2)가 동작하게 된다. 즉, 전원 투입과 동시에 저항(R4), 콘덴서(C3), 제너다이오드(ZD2)에 의해 일정시간 동 안 제 2 릴레이구동회로(RL2)를 동작하지 않아 R2a와 R2c가 연결되어 초크코일(140) T의 T-1, T-2, T-3의 인덕턴스의 합이 전류를 제한하도록 하여 낮은 전력으로 점등하도록 한다. 따라서 큰 인덕턴스로 인해 점등 초기 과전류가 흐르는 것을 방지하여 차단기 오동작을 막을 수 있게 된다.

전력변환부(130) 또는 전력변환회로(130)는 돌입전류억제부(120)에 의해 억제된 돌입전류가 일정 시간 후, 스위칭 동작에 의해 램프 정격에 맞는 인덕턴스로 작아지게 하여, 전력이 램프 정격 전력에 맞도록 조절하는 것을 특징으로 한다. 전력변환회로에서, 램프의 전력에 맞도록 구동 시킬 수 있는 제 1초크코일(140)부(T-1, T-2)와 램프에 순간 과전류를 억제하도록 전류를 흐르게 하는 제 2 초크코일(140)부(T-3, T-1, T-2), 상기 제 1, 2 코일을 스위칭하는 제 2 릴레이스위칭부로 구성되며 제 1 전원회로(111)로부터 타이머에 출력된 전압이 RC시정수에 의해 일정시간 동안 충전되고, 충전전압이 제너다이오드(ZD2)전압 이상이 되어 Q2와 Q1이 도통 되면, 제 2 릴레이 코일(RL2)에 전류가 흘러 제 1 초크 코 일부(T-1, T-2)에 의해 램프의 전력에 맞도록 전력을 변환시키는 것을 특징으로 하는 고압방전등용 자기식 안정기이다. 여기서 제 2릴레이스위칭부는 R2c접점에서 R2b접점으로 이동하는 것을 의미한다. Q2와 Q1이 도통하면 제 2 릴레이구동회로(RL2)가 동작하여 R2c접점에서 R2b접점으로 이동하고, 이로 인해 초크코일(140) T-1, T-2로 인덕턴스가 작아지므로 전력이 램프 정격 전력에 맞게 높아진다.

전원이 입력되면 제 1 릴레이(RL1)의 Ra와 Rb를 통하고, 제 2 릴레이(RL2)의 R2a와 R2c를 통해 초크코일(140) T-3, T-1, T-2의 큰 인덕턴스에 전류가 흘러 램프 전력보다 낮은 전력으로 점등하며, 전원회로에 전원이 입력되면 다이오드(D1)을 통해 전류가 콘덴서(C1)에 충전되고, 그 충전된 전압이 다이오드(D2)를 통해 정류되면서 저항(R2)로 전압을 강하시키고 콘덴서(C2)에 전원이 충전된다. 콘덴서(C2)에 충전된 전압을 제너다이오드(ZD1)으로 일정하게 하여 DC 전원이 만들어진다.

DC전원이 타이머(LM555N) IC1 4번, 8번 핀에 입력되면 동시에 3번 핀으로 전압이 출력된다. 3번 핀으로 전압이 출력되면 저항(R4)을 통해 콘덴서(C3)로 RC시정수에 의해 일정 시간 동안 충전되고 그 충전된 전압이 제너다이오드(ZD2)전압 이상이 되면 TR Q2의 베이스에 전류가 흘러 Q2가 도통하여 DC 전원이 저항(R3)을 통해 Q1의 베이스에 흘러 Q1이 도통 한다. Q1이 도통하면 제 2 릴레이 RL2코일에 전류가 흘러 제 2 릴레이구동회로(RL2)가 동작하여 R2a와 R2b가 연결되어 초크코일(140) T-1, T-2로 인덕턴스가 작아지므로 전력이 램프 전력에 맞도록 높아지게 된다.

제 1 전원회로(111)의 DC 전원은 상기 타이머에 입력되고, 상기 DC전원이 저항(R6),콘덴서(C5)의 RC시상수에 의해 충전되는 시간 동안 제 2 릴레이구동회로(RL2)를 동작시켜 램프 정격 전력으로 점등시키고, 충전된 전압이 문턱(threshold) 전압이상이 되면 충전된 전압이 방전되고, 방전되는 시간 동안 Q2 와 Q1은 동작하지 않고, 릴레이 RL2도 동작하지 않아 램프 전력보다 낮은 전력으로 점등하는 것을 특징으로 하는 고압방전등용 자기식 안정기이다.

본 발명의 실시예에서 타이머는 LM555N이다. 타이머(LM555N) IC1은 전원투입과 동시에 DC전원이 저항(R6)을 통해 콘덴서(C5)로 전원이 충전되고, 그 충전되는 시간 동안(약 5시간) 3번 핀으로 전압이 출력되어 제 2 릴레이구동회로(RL2)를 동작시켜 100%의 램프 전력으로 점등하고 콘덴서(C5)에 충전된 전압이 타이머의 6번 핀의 문턱(threshold) 전압이상이 될 때 저항(R5)을 통해 7번 핀으로 콘덴서(C5)에 충전된 전압이 방전되면 그 방전되는 시간 동안 3번 핀으로 전압이 출력되지 않아 Q2와 Q1은 동작하지 않고 제 2 릴레이구동회로(RL2)도 동작하지 않아 R2b에서 R2c로 릴레이 접점이 복귀하여 R2a와 R2c가 연결되어 T-3만큼의 인덕턴스가 증가하므로 램프 전력보다 낮은 전력(약 80%)으로 점등한다. 이는 차량 및 인적이 많은 시간 때에는 제 2 릴레이구동회로(RL2)를 동작하여 T-1, T-2 만의 인덕턴스의 합으로 전류를 제한하여 100%의 전력을 출력하고, 차량 및 인적이 드문 심야시간 때에는 제 2 릴레이구동회로(RL2)를 복귀시켜 T-1, T-2, T-3의 인덕턴스의 합으로 전류를 제한하여 안정기의 전력을 낮추어 전력을 절약하기 위함이다.

제 2 릴레이구동회로(RL2)는 DC전원이 타이머에 입력되면 동시에 전압이 출력되고, 출력된 전압이 저항(R4)을 통해 콘덴서(C3)로 RC시정수에 의해 일정시간 동안 충전되고 그 충전된 전압이 제너다이오드(ZD2)전압 이상이 되면 TR Q2의 베이스에 전류가 흘러 Q2가 도통하고 DC전원이 저항(R3)을 통해 Q1의 베이스에 흘러 Q1이 도통하고, Q1이 도통하면 제2릴레이코일에 전류가 흘러 제 2 릴레이구동회로가 동작하는 것을 의미한다. 제 2 릴레이구동회로(RL2)가 동작하여 R2c접점에서 R2b접점으로 이동하고, 이로인해 초크코일(140) T-1, T-2로 인덕턴스가 작아지므로 전력이 램프의 정격 전력에 맞게 높아진다.

초크코일(140)은 전원공급부(110)와 전기적으로 연결되며, 인덕턴스로 구성되고 제 2 릴레이구동회로에 의한 스위칭동작에 의해 스위칭 전에는 제 2 초크코 일(140)부 T-1, T-2, T-3으로 구성되고, 스위칭 후에는 제 1 초크코일(140)부 T-1, T-2로 구성된다.

이그나이터부(150) 또는 이그나이터(150)는 초크코일(140) T와 전기적으로 연결된 저항(R11); 애노드단이 저항(R11)에 전기적으로 연결된 다이오드(D8); 다이오드(D8)의 캐소드단이 저항(R12, R13)과 연결; 저항(R13)의 분압전원에 의해 SCR Q6를 동작시켜 초크코일(140) T-3, T-1의 역기전력을 유기시켜 T-2에 고압펄스를 발생시킨다. 고압방전램프는 램프를 점등시키기 위하여 약 4000[V]의 고전압이 필요하다. 따라서 고전압을 만들기 위해서는 이그나이터가 필요하다. 전원이 입력되면, 램프 양단에 220[V]의 전압이 인가되고, 저항(R11)을 통해 전류가 흐르고 다이오드(D8)로 정류하며, 저항(R12)을 통해 저항(R13)으로 분압된 전압이 스위칭 소자 SCR Q6의 게이트 전압으로 공급되어 Q6은 동작한다. Q6가 동작하면 콘덴서(C10)에 급하게 충전되는 전류가 T-1과 T-3에 흘러 역기전력이 발생하고, 그 전압의 턴수 비례만큼 T-2에 고전압의 이그나이터 전압이 발생하여 램프를 점등한다. 램프가 점등되고 나면 램프 양단에 전압이 점등 전 220[V]에서 점등 후 135[V] 이하가 되어 저항(R13)에 분압되는 전압이 작아 Q6을 동작시키지 못해 이그나이터를 멈추게 된다.

무부하감지부(160) 또는 무부하감지회로(160)는 초크코일(140) T-2의 출력단과 전원공급부(110)(V')사이에 연결된 저항(R11); 애노드단이 저항(R11)에 연결된 다이오드(D8); 다이오드(D8)의 캐소드단에 전기적으로 연결된 저항(R12, R13)과 연결; 저항(R13)의 분압전원에 의해 SCR Q6를 동작시켜 무부하인지 여부를 감지한다. 무부하 상태는 램프가 없거나 불량일 때를 의미한다. 무부하 감지는 램프 양단 전압 차이를 감지하는 것으로 무부하 상태일 때는 220[V]의 전압이 걸리고, 램프가 점등되면 135[V]의 전압이 걸리는 것을 이용한다. 무부하시는 램프가 점등되지 않았으므로 램프 양단에 계속해서 220[V]의 전압이 인가되어 저항(R11)을 통해 전류가 흐르고 다이오드(D8)로 정류하며 저항(R12)을 통해 저항(R13)으로 분압된 전압이 스위칭 소자 SCR Q6의 게이트 전압으로 공급되어 Q6는 동작한다. 따라서 차단 지연 회로에 그라운드가 형성되어 저항(R10)을 통하고 다이오드(D6)로 정류되어 콘덴서(C9)에 전압이 충전되고 제너다이오드(ZD6)로 전압을 일정하게 하여 DC전원이 형성되고, 그 전압이 저항(R9)을 통해 콘덴서(C8)에 충전되고 그 충전되는 전압이 제너다이오드(ZD5)전압 이상이 될 때까지 시간 동안 전원 차단시간을 지연하게 된다. 차단지연시간을 갖는 것은 고압방전등은 램프를 점등하여 램프가 뜨거운 상태에서 즉시 재 점등할 때 램프가 식을 동안(약 5분) 점등되지 않는다. 따라서, 램프가 불량이 아니고 재 점등시에 전원을 차단하지 않고 램프가 점등되도록 하기 위하여 약 10분 정도의 차단 지연시간을 갖는다. 콘덴서(C8)에 충전되는 전압이 제너다이오드(ZD5) 전압 이상이 될 때 TR Q5에 베이스 전류가 공급되어 Q5는 동작하여 콘덴서(C9)에 충전된 전원이 저항(R16)을 통해 포토커플러 PC1에 흘러 포토커플러 PC1은 동작한다.

한편, 콘덴서(C2)에 충전된 전원이 저항(R8)을 통해 콘덴서(C7)에 항상 충전되어 있고 포토커플러 PC1이 동작하면, 그 전압이 SCR Q3의 게이트에 공급되어 Q3는 동작하고 제 1 릴레이구동회로(RL1)를 동작시켜 입력 전원을 차단한다.

정상 점등하면, 램프 양단에 전압이 낮아 Q6를 동작시키지 못하므로 제 1 릴레이 구동회로(RL1)를 동작시키지 못한다. 또한, Q3가 동작하면 포토커플러 PC2에도 전류가 흘러 포토커플러 PC2가 동작함으로 콘덴서(C8)에 충전된 전압을 방전하여 차단 지연시간을 일정하게 한다.

단락감지부(170) 또는 단락감지회로(170)는 초크코일(140)(T-2)과 전기적으로 연결되는 저항(R14); 애노드단이 저항(R14)과 전기적으로 연결된 다이오드(D9); 다이오드(D9)의 캐소드단과 전기적으로 연결된 저항(R15); 캐소드단이 저항(R15)과 전기적으로 연결되고, 타단은 2극과 전기적으로 연결된 제너다이오드(ZD7); 제너다이오드(ZD7)과 병렬로 연결된 콘덴서(C11); 저항(R15)과 제너다이오드(ZD7)사이에 전기적으로 연결된 전원차단회로로 구성되고, 안정기 출력단 즉 램프 양단이 정상 점등됐거나 무부하 상태일 때는 램프 양단에 전압이 램프 관전압(약 135[V])이상이 되어 저항(R14)을 통해 다이오드(D9)로 정류하며, 저항(R15)을 거쳐 콘덴서(C11)에 전압이 충전되고 제너다이오드(ZD7)로 일정하게 하는 전압이 TR Q4베이스에 전류를 공급하여 Q4를 동작시킨다. 콘덴서(C2)에 충전된 전원이 저항(R7)을 통해 콘덴서(C6)에 충전되는데 Q4가 동작하면 그 전압을 0[V]으로 만들어 Q3의 게이트 전류를 공급하지 않아 제 1 릴레이 구동회로를 동작시키지 않고, 램프 양단이 단락되면 램프 양단 전압이 0[V]가 되어 콘덴서(C11)에 충전된 전압이 0[V]가 되어 Q4는 동작하지 않아 저항(R7)을 통해 콘덴서(C6)에 충전되는 전압이 제너다이오드(ZD3)전압 이상이 되어 다이오드(D5)를 통해 Q3의 게이트 전압을 공급하여 Q3는 동작하고 릴레이RL1코일에 전류가 흘러 제 1 릴레이 구동회로(RL1)가 동 작하여 단락시 입력 전원을 차단하게 한다.

제 2 전원회로(190) 또는 전원회로2(190)는 저항(R10), 콘덴서(C9), 다이오드(D6), 제너다이오드(ZD6)로 구성되며, 콘덴서(C9)에 전압이 충전되어, 제너다이오드(ZD6)로 DC전원을 형성한다.

전원차단부(200) 또는 전원차단회로(200)는 무부하시나 단락시에 제 1 릴레이구동회로(RL1)가 동작함으로써 전원공급부(110)에서 공급되는 전압을 차단하고, 제 1 릴레이구동회로(RL1)에 전류가 흘러 제 1 릴레이스위칭부가 Rb접점에서 Rc접점으로 이동하여 입력 전원을 차단한다. 전원차단부(200)는 무부하시에 전기적으로 절연된 상태로 전달받는 포터커플러(PC1);와 게이트 단을 통해 포토커플러의 출력신호가 전송되는Q3; 와 Q3의 애노드 단에 연결된 제 1 릴레이구동회로(RL1);와 상기 제 1 릴레이구동회로(RL1)에 연결된 릴레이스위치(SW1)로 구성되어, 상기 무부하감지부(160)의 출력신호가 로우일 경우 Q3가 턴오프되어 제1 릴레이구동회로가 동작하지 않아 전압공급부에서는 전압이 공급되고, 하이일경우 Q3가 턴온되어 제 1 릴레이구동회로(RL1)가 동작함으로써 전원공급부(110)에서 공급되는 전압을 차단하고, 단락시에, 상기 제 2 전원회로(190)가 TR Q4 베이스에 전류를 공급하여 Q4를 동작시키는데, 회로가 단락이 되면, Q3의 게이트 전압을 공급하여 Q3는 동작하고 제 1릴레이구동회로(RL1)에 전류가 흘러 제 1 릴레이 스위칭부가 Rb접점에서 Rc접점으로 이동하여 입력 전원을 차단하는 것을 특징으로 한다.

게다가 고압방전등용 자기식 안정기는, 제 1 릴레이(RL1)스위치의 Rc접점과 전원단(V')사이에 비상등을 더 구비하여, 상기 제 1 릴레이구동회로(RL1)가 동작하 여 Ra접점과 Rc접점이 연결되면 입력 전원이 차단되고, 입력 전원이 저항(R1)을 통하여 발광다이오드(LED) L1에 전류가 흘러 점등되어 고장을 표시할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

여기서 제 1 릴레이스위칭부는 스위칭 동작에 의해 Ra접점과 Rb접점이 연결되거나, Ra접점과 Rc접점이 연결되는 것을 의미하며, 제 2 릴레이스위칭부는 R2a접점과 R2b접점이 연결되거나 R2a접점과 R2c접점이 연결되는 것을 의미한다.

전원차단시간지연부(210)는 램프 재 점등시 전원을 차단하지 않고, 램프가 점등되도록 전원 차단지연시간을 갖는다. 전원차단시간지연부(210)는 무부하감지부(160)의 저항(R9), 콘덴서(C8), 제너다이오드(ZD5)로 구성되며, 램프가 소등된 후 아직 뜨거운 상태에서 순시 재 점등시에 램프가 재 점등될 정도로 식을 동안의 소정 시간 이상으로 그 시정수가 설정되는 것을 특징으로 한다.

차단지연시간을 갖는 것은 고압방전등은 램프를 점등하여 램프가 뜨거운 상태에서 즉시 재 점등할 때 램프가 식을 동안(약 5분) 점등되지 않는다. 이는 램프가 불량이 아니고 재점등시이에 전원을 차단하지 않고 램프가 점등되도록 하기 위하여 약 10분 정도의 차단 지연 시간을 갖는 것이다.

콘덴서(C8)에 충전되는 전압이 제너다이오드(ZD5)전압 이상이 될 때 TR Q5에 베이스 전류가 공급되어 Q5는 동작하여 콘덴서(C9)에 충전된 전원이 저항(R16)을 통해 포토커플러(PC1)에 흘러 PC1은 동작한다. 한편, 콘덴서(C2)에 충전된 전원이 저항(R8)을 통해 콘덴서(C7)에 항상 충전되어 있고, 포토커플러(PC1)이 동작하면 그 전압이 SCR Q3의 게이트에 공급되어 Q3는 동작하고 제 1 릴레이구동회로(RL1)를 동작시켜 입력 전압을 차단한다. 정상 점등하면 램프 양단에 전압이 낮아 Q6를 동작하지 못하므로 제 1 릴레이구동회로(RL1)를 동작시키지 못한다. 또한, Q3가 동작하면 포토커플러(PC2)에도 전류가 흘러 포토커플러(PC2)가 동작함으로 콘덴서(C8)에 충전된 전압을 방전하여 차단 지연시간을 일정하게 한다.

전술한 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 고압방전등용 자기식 안정기에 대해 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 개략적인 블럭도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 개략적인 회로도이다.

Claims

고압방전등용 자기식 안정기기에 있어서,

전원 양단(V, V')으로 구성되며, 고압방전 램프를 동작시키는 전원을 공급해주는 전원공급부(110);

교류 입력단을 일정하게하여 DC전원으로 만드는 제 1 전원회로(111);

상기 전원공급부(110)에 전기적으로 연결되고, 스위칭 동작에 의한 점등 순간에 인덕턴스를 크게 하여, 돌입전류를 작게 하여 돌입전류를 억제하도록 하는 돌입전류억제부(120);

상기 돌입전류억제부(120)에 의해 돌입전류가 억제되고 일정 시간 후, 스위칭 동작에 의해 초크코일을 램프 정격에 맞는 인덕턴스로 작아지게 하여, 전력이 램프 전력에 맞도록 조절하고, 스위칭 복귀로 초크코일의 인덕턴스를 크게 하여 램프전력을 낮추는 것을 특징으로 하는 전력변환부(130);

상기 전원공급부와 전기적으로 연결된 초크코일(140)을 포함하여 형성되고, 전원 투입과 동시에 큰 인덕턴스로 인해 점등 초기 과전류가 흐르는 것을 방지하며, 일정 시간 경과후 램프 정격 전력에 맞는 인덕턴스로 전류를 제한하며, 인덕턴스를 크게 하여 전력을 낮추는 것을 특징으로 하는 고압방전등용 자기식 안정기.
청구항 1 에 있어서,

상기 초크코일(140)T-2의 출력단과 전원단(V')사이에 연결된 저항(R11); 애노드단이 저항(R11)에 연결된 다이오드(D8); 상기 다이오드(D8)의 캐소드단에 전기적으로 연결된 저항(R12, R13); 저항(R13)의 분압전원에 의해 SCR Q6를 동작시켜 무부하인지 여부 감지하는 무부하감지부(160);

상기 초크코일(140)T-2의 출력단과 전원단(V')사이에 연결된 다이오드(D9), 저항(R14), 저항(R15)과 전원단(V')사이에 연결된 제너다이오드(ZD7), 콘덴서(C11)로 구성되며, 램프 양단이 정상 점등됐거나 무부하 상태 일 때는 Q4가 동작하여 제 1 릴레이구동회로(RL1)를 동작시키지 않고, 램프 양단이 단락되면 Q4는 동작하지 않아, Q3의 게이트 전압을 공급하여 Q3는 동작하고 릴레이 RL1코일에 전류가 흘러 제 1 릴레이 구동회로(RL1)가 동작하여 단락시 입력 전원을 차단하는 단락감지부(170);

무부하시나 단락시에 제 1 릴레이구동회로(RL1)가 동작함으로써 전원공급부(110)에서 공급되는 전압을 차단하고, 제 1릴레이구동회로(RL1)에 전류가 흘러 릴레이 스위치가 Rb접점에서 Rc접점으로 이동하여 입력 전원을 차단하는 전원차단부(200); 및

램프 재점등시 전원을 차단하지 않고, 램프가 점등되도록 전원 차단지연시간을 갖는 전원차단시간지연부(210)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고압방전등용 자기식 안정기.
청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,

돌입전류억제부(120)에서,

제 2 릴레이구동회로(RL2)를 시간적으로 제한하는 타이머;

상기 타이머에 일정한 DC전원을 인가하는 제 1 전원회로(111)로 구성되며; 상기 제 1 전원회로(111)로부터 타이머에 출력된 전압이 RC시정수에 의해 일정시간 동안 충전되고, 상기 충전전압이 제너다이오드(ZD2)전압 이상이 되어 Q2와 Q1이 도통 되기 전까지 램프의 정격 전력보다 낮은 전력으로 점등시켜, 점등 순간 과전류가 흘러 차단기 오동작하는 것을 방지함을 특징으로 하는 고압방전등용 자기식 안정기.
청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,

전력변환부(130)에서,

램프의 전력에 맞도록 구동 시킬 수 있는 제 1 초크코일(140)부(T-1, T-2)과 램프에 순간 과전류를 억제하도록 전류 흐르게 하는 제 2 초크코일(140)부(T-3, T-1, T-2), 상기 제 1, 2 초크코일을 스위칭하는 제 2 릴레이스위칭부로 구성되며 제 1 전원회로(111)로부터 타이머에 출력된 전압이 RC시정수에 의해 일정시간 동안 충전되고, 충전전압이 제너다이오드(ZD2)전압 이상이 되어 Q2와 Q1이 도통 되면, 제2릴레이구동회로(RL2)에 전류가 흘러 제 1 초크코일부(T-1, T-2)에 의해 램프의 전력에 맞도록 전력을 변환시키는 것을 특징으로 하는 고압방전등용 자기식 안정기.
청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서,

제 1 전원회로(111)의 DC 전원은 타이머에 입력되고, 상기 DC전원이 저항(R6),콘덴서(C5)의 RC시정수에 의해 충전되는 시간 동안 제 2 릴레이구동회로(RL2)를 동작시켜 램프 정격 전력으로 점등시키고, 충전된 전압이 문턱(threshold) 전압이상이 되면 충전된 전압이 방전되고, 방전되는 시간 동안 Q2 와 Q1은 동작하지 않고, 제2릴레이구동회로(RL2)도 동작하지 않아 램프 전력보다 낮은 전력으로 점등하는 것을 특징으로 하는 고압방전등용 자기식 안정기.
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