KR101021561B1 - 고압방전 램프용 인버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압방전 램프용 인버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압방전 램프의 휘도를 감지하여 전원 발생용 인버터의 주파수를 자동으로 가변시키는 것에 의해 휘도를 설정(목표) 휘도로 보정시켜 줄 수 있는 고압방전 램프용 인버터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고압방전 램프용 인버터는, 고압방전 램프에서 조명되는 빛의 감지 휘도에 비례하는 전압과 설정된 적정 휘도에 비례하는 전압을 비교하여 전압차에 의해 PID 제어하는 PID 비교제어기와, 상기 전압차와 기준 주파수용 정격 DC 전압을 합산하여 그 합산 전압이 감지 휘도와 설정 휘도의 차이에 의해 정격 DC 전압을 기준으로 반비례 가변하도록 하는 가산기와, 상기 가산기의 가변 전압에 따라 발진 주파수를 가변하는 VVVF와, 상기 가변 주파수에 의해 승압 트랜스포머의 1차측 전압을 스위칭하는 스위칭 구동부와, 상기 1차측 전압이 스위칭 됨으로써 2차측에 고압 AC 전원을 발생하여 고압방전 램프로 공급하는 승압 트랜스포머로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

고압방전 램프, 인버터, 휘도, PID 제어, 가변 주파수

Description

고압방전 램프용 인버터 {Inverter for High Voltage Discharge Lamp}

본 발명은 고압방전 램프용 인버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압방전 램프의 휘도를 감지하여 전원 발생용 인버터의 주파수를 자동으로 가변시키는 것에 의해 휘도를 설정(목표) 휘도로 보정시켜 줄 수 있는 고압방전 램프용 인버터에 관한 것이다.

최근에는 에너지 절약을 고려하여 각종 고효율 광원이 개발되고 있고, 이에 따라 전력 소모량이 적은 방전 램프의 개발이 절실히 요구되고 있다.

그런데 방전현상을 이용해서 전기에너지를 광에너지로 변환하는 방전 램프에 있어서는 그 방전 램프 점등시에 나타나는 부성(負性)저항 특성 때문에 반드시 점등 제어회로인 인버터를 필요로 한다. 즉, PDP, LCD 백라이트용 CCFL, 형광등, 네온 등 기타 고압 AC 전원에 의한 방전 효과를 이용해 구동하는 램프는 구동용 정격 고압, 고주파 AC 전원 발생을 위한 인버터 내장 전원장치를 필요로 한다.

상기 인버터는 직류전압을 입력받아 광원(고압방전 램프)을 구동시킬 교류의 고전압을 승압 트랜스포머(Transformer)에 의해 생성해낸다.

도 1에 도시된 바와 같이 고압, 고주파 방전 램프를 위한 전원 장치의 인버터(20)는 특정 고압방전 램프(30)를 위해 최적화된 높은 전압값과 이를 스위칭하는 특정 주파수로 고정되어 있는 구조이다.

종래 인버터(20)는 스위칭 주파수 발생기(22)와 스위칭 구동부(24)와 승압 트랜스포머(26)를 포함하여 구성된다.

스위칭 주파수 발생기(22)는 SMPS(10)를 통해 출력된 DC 전원을 입력으로 쉬미트 트리거, 저항 및 콘덴서 등의 수동소자를 이용하여 주파수가 고정된 펄스 신호를 생성한다.

스위칭 구동부(24)는 상기 스위칭 주파수 발생기(22)로부터 발생하는 펄스 신호에 의해 스위칭 되는 스위칭 소자를 이용하여 승압 트랜스포머(26)의 1차측을 스위칭한다.

상기 승압 트랜스포머(26)는 스위칭 구동부(22)에 의해 스위칭 되어 권선비 에 따라 고압의 교류전압으로 승압하여 출력하게 되고, 이렇게 승압되어 출력되는 교류전압에 의해 고압방전 램프(30)가 발광된다.

그런데 상기 고압방전 램프(30)는 제작 공정상에서 주입되는 가스의 양, 진공의 정도, 전극의 미세한 간격차 등에 의해 특정 전원 상에서의 휘도 성능이 불균일하여 불량 제품이 다수 발생함으로 수율이 좋지 못하여 제품 단가에 영향을 미치게 된다.

또한, 고압방전 램프(30)의 형광체와 방전 횟수의 과다로 인한 전극의 수명으로 인해 제품의 휘도 내구성이 저하되는 경향이 발생한다.

결국, 고압방전 램프(30)의 공정 수율 및 내구성의 문제는 그 고압방전 램프(30)의 휘도에 의존하게 되고, 현재까지는 이를 감수할 수밖에 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고압방전 램프의 휘도를 감지하여 전원 발생용 인버터의 주파수를 자동으로 가변시키는 것에 의해 휘도를 설정(목표) 휘도로 보정시키고, 궁극적으로 고압방전 램프의 제작 공정상의 수율과 내구성을 향상시킬 수 있는 고압방전 램프용 인버터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고압방전 램프용 인버터는, 고압방전 램프에서 조명되는 빛의 감지 휘도에 비례하는 전압과 설정된 적정 휘도에 비례하는 전압을 비교하여 전압차에 의해 PID 제어하는 PID 비교제어기와, 상기 전압차와 기준 주파수용 정격 DC 전압을 합산하여 그 합산 전압이 감지 휘도와 설정 휘도의 차이에 의해 정격 DC 전압을 기준으로 반비례 가변하도록 하는 가산기와, 상기 가산기의 가변 전압에 따라 발진 주파수를 가변하는 VVVF와, 상기 가변 주파수에 의해 승압 트랜스포머의 1차측 전압을 스위칭하는 스위칭 구동부와, 상기 1차측 전압이 스위칭 됨으로써 2차측에 고압 AC 전원을 발생하여 고압방전 램프로 공급하는 승압 트랜스포머로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고압방전 램프의 휘도는 빛의 양에 따라서 저항이 변하는 CdS 센 서에 의해 감지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가산기와 VVVF 사이에는 가산기에 출력되는 가변 전압의 상하한 전압을 제어하는 한계전압 제어기가 개재되는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제 해결 수단에 의하면, 고압방전 램프의 휘도를 설정(목표) 휘도로 보정하여 고압방전 램프를 이용해 원하는 밝기로 조명할 수 있고, 고압방전 램프의 제작 공정상의 수율과 내구성을 향상시킬 수 있다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 고압방전 램프용 인버터의 회로도이다.

도 2를 참조하면, 인버터(200)는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 SMPS(100)로부터의 DC 전원을 입력으로 해서 고압방전 램프(300)를 구동시킬 교류의 고전압으로 승압하여 고압방전 램프(300)에 인가한다.

상기 인버터(200)는 정격전압 발생기(202), VVVF(204), 스위칭 구동부(206), 승압 트랜스포머(208), 한계전압 제어기(210), 가산기(212), PID 비교제어기(214)를 포함하여 구성된다.

광량 센서인 CdS 센서(216)는 빛의 양에 따라서 저항이 변하는 센서로서, 고압방전 램프(300)에서 조명되는 빛의 휘도가 증가할수록 즉, 빛이 밝을수록 저항이 감소한다. 즉, CdS 센서(216)는 감지된 휘도에 비례하는 전압을 PID 비교제어기(214)에 출력한다.

상기 PID(Proportional Integral Derivative) 비교제어기(214)는 CdS 센서(216)에 의해 감지된 휘도에 비례하는 전압과 설정된 적정 휘도에 해당하는 전압을 비교하여 감지 전압이 설정 전압을 신속하게 추종할 수 있도록 PID 제어한다.

피드백(feedback) 제어기의 형태를 가지는 상기 PID 비교제어기(214)는 제어하고자 하는 대상의 출력값인 고압방전 램프(300)의 휘도에 비례하는 감지 전압을 원하고자 하는 휘도에 비례하는 설정 전압과 비교하여 전압차를 계산하며, 이 전압차를 이용하여 제어에 필요한 제어값을 계산한다.

정격전압 발생기(202)는 SMPS(100)에서 출력된 DC 전압을 이용하여 기준 주파수용 정격 DC 전압을 발생한다.

가산기(212)는 설정 전압과 감지 전압과의 차인 전압차와 기준으로 설정된 인버팅 주파수를 발생시키기 위해 상기 정격전압 발생기(202)에 의해 발생한 정격 DC 전압을 합산하여, 그 합산 전압이 감지 휘도와 설정 휘도의 차이에 의해 정격 DC 전압을 기준으로 반비례 가변하도록 한다.

한계전압 제어기(210)는 상기 가산기(212)에서 출력되는 가변 전압의 상하한 전압을 제어한다. 즉, 상기 한계전압 제어기(210)는 가산기(212)에서 출력되는 가변 전압 크기가 궁극적으로 인버터(200)의 주파수를 가변시켜 고압방전 램프(300)의 소모 전력을 결정하므로, 그 고압방전 램프(300)의 파괴 전력 및 인버터(200)의 최대 허용 전력, 혹은 제품 상한 전력을 초과하지 않도록 가변 상한 전압을 제한하고, 고압방전 램프(300)의 점등을 위한 최소 방전 주파수 발생을 위한 가변 하한 전압을 제한한다.

VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)(204)는 인버터(200) 등의 교류 전력을 출력하는 전력 변환 장치에 구비되어, 그 출력 교류 전력의 실효 전압과 주파수를 임의로 가변 제어하는 기술을 칭하는 것으로, 상기 고압방전 램프(300)의 휘도 정도에 따라 정격 전압에 비례하여 출력하는 가변 전압에 의해 발진 주파수를 가변한다.

스위칭 구동부(206)는 휘도에 의해 반비례적으로 가변하는 가변 주파수로 승압 트랜스포머(208)의 1차측 전압을 스위칭한다.

상기 승압 트랜스포머(208)는 휘도에 반비례적인 주파수로 1차측 전압이 스위칭 됨으로써 2차측에 고압 AC 전원을 발생하여 고압방전 램프(300)에 공급한다.

이에 의해 고압방전 램프(300)는 원하는 빛의 밝기(휘도)로 발광되고, 상기 기능을 피드백에 의해 반복함으로써 고압방전 램프(300)의 휘도가 설정된 일정 휘도로 보정되는 것이다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해해서는 안 되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다. 예를 들어 이상에서는 고압방전 램프의 휘도의 정도를 감지하여 감지 전압과 설정 전압을 비교해서 그 전압차를 PID 제어의 의해 출력하고, 이를 인버터 구동 주파수의 가변값으로 변환함으로써 휘도를 보정하도록 하였으나, 고압방전 램프의 휘도를 감지해서 자동으로 구동 주파수를 가변하여 휘도를 목표치로 보정시킬 수 있고, 설정 휘도 전압 조정을 통해 목표 휘도를 제어할 수도 있다.

도 1은 종래 고압방전 램프용 인버터의 회로도,

도 2는 본 발명에 따른 고압방전 램프용 인버터의 회로도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: SMPS 200: 인버터

202: 정격전압 발생기 204: VVVF

206: 스위칭 구동부 208: 승압 트랜스포머

210: 한계전압 제어기 212: 가산기

214: PID 비교제어기 216: CdS 센서

300: 고압방전 램프

Claims (3)

1. 삭제
2. 고압방전 램프에서 조명되는 빛의 감지 휘도에 비례하는 전압과 설정된 적정 휘도에 비례하는 전압을 비교하여 전압차에 의해 PID 제어하는 PID 비교제어기와,

   상기 전압차와 기준 주파수용 정격 DC 전압을 합산하여 그 합산 전압이 감지 휘도와 설정 휘도의 차이에 의해 정격 DC 전압을 기준으로 반비례 가변하도록 하는 가산기와,

   상기 가산기의 가변 전압에 따라 발진 주파수를 가변하는 VVVF와,

   상기 가변 주파수에 의해 승압 트랜스포머의 1차측 전압을 스위칭하는 스위칭 구동부와,

   상기 1차측 전압이 스위칭 됨으로써 2차측에 고압 AC 전원을 발생하여 고압방전 램프로 공급하는 승압 트랜스포머로 이루어지는 것을 특징으로 하되,

   상기 고압방전 램프의 휘도는 빛의 양에 따라서 저항이 변하는 CdS 센서에 의해 감지되는 것을 특징으로 하는 고압방전 램프용 인버터.
3. 고압방전 램프에서 조명되는 빛의 감지 휘도에 비례하는 전압과 설정된 적정 휘도에 비례하는 전압을 비교하여 전압차에 의해 PID 제어하는 PID 비교제어기와,

   상기 전압차와 기준 주파수용 정격 DC 전압을 합산하여 그 합산 전압이 감지 휘도와 설정 휘도의 차이에 의해 정격 DC 전압을 기준으로 반비례 가변하도록 하는 가산기와,

   상기 가산기의 가변 전압에 따라 발진 주파수를 가변하는 VVVF와,

   상기 가변 주파수에 의해 승압 트랜스포머의 1차측 전압을 스위칭하는 스위칭 구동부와,

   상기 1차측 전압이 스위칭 됨으로써 2차측에 고압 AC 전원을 발생하여 고압방전 램프로 공급하는 승압 트랜스포머로 이루어지는 것을 특징으로 하되,

   상기 가산기와 VVVF 사이에는 가산기에 출력되는 가변 전압의 상하한 전압을 제어하는 한계전압 제어기가 개재되는 것을 특징으로 하는 고압방전 램프용 인버터.

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