KR101125577B1

KR101125577B1 - 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기

Info

Publication number: KR101125577B1
Application number: KR1020090017974A
Authority: KR
Inventors: 강대영
Original assignee: 강대영
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2012-04-12
Also published as: KR20100099464A

Abstract

본 발명은 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기에 관한 것으로서, 상용교류전원이 인가되며 상용교류전원을 직류로 정류하는 정류부(14)를 구비한 전원공급부(10)와, 상기 전원공급부(10)의 후단에 연결되며 정류된 직류를 일정 전압의 직류로 출력하는 역률조정부(20)와, 상기 역률조정부(20)의 후단에 접속되며 교호의 펄스신호를 출력하는 제1발진기(IC1)의 출력단에 연결되어 교호의 펄스신호를 고주파 신호로 변환하는 고주파트랜스(LT2, LT3)와 고주파 변환된 교호의 고주파 펄스신호를 게이트단으로 인가받아 상기 역률조정부(20)에서 출력되는 직류를 교류로 변환시키는 한 쌍의 스위칭소자(Q1, Q2) 및 충방전 콘덴서(C6, C7)를 포함하는 인버터부(31)와, 상기 인버터부(31)에서 출력되는 교류를 전류 제어된 직류로 변환하도록 상기 인버터부(31)의 두 스위칭소자(Q1, Q2)간의 접속점에 연결되는 초크트랜스(32) 및 상기 두 콘덴서(C6, C7)간의 접속점 사이에 접속되는 브리지정류부(34)와, 상기 브리지정류부(34)의 출력단에 접속되는 배압용 콘덴서(C8, C9)와 상기 초크트랜스(32)의 출력단에 설치되며 상기 배압용 콘덴서(C8, C9)에 병렬 접속되는 누설용 콘덴서(C11)를 포함하며 램프(60)의 점등 초기에는 상기 누설용 콘덴서(C11)의 누설용량에 의해 고전압을 출력하며 램프(60)의 점등 이후에는 램프(60)의 관전압에 대응하여 전압이 강하되는 배압회로부(35)와, 상기 브리지정류부(34)의 후단에 접속되며 저주파 펄스신호를 발생시키는 제2발진기(IC2)의 저주파 펄스신호에 따라 직류를 램프구동용 구형파 교류로 변환시켜서 램프(60)에 인가하는 풀 브리지 인버터부(40)와, 상기 풀브리지 인버터부(40)와 램프(60) 사이에 접속되어 점등초기에 램프(60)에 고전압을 유기하는 이그나이터부(50)로 구성된 것을 특징으로 하며, 콘덴서의 누설용량을 이용하여 간단하게 배압회로부를 구성하여 점등 초기에는 메탈할라이드 램프의 안정적인 점등을 보장하면서 점등 이후에는 고전압으로부터 방전관의 손상을 방지할 수 있고, 자기식 안정기에 비해 전력손실이 작으면서 안정적인 전류제어가 가능한 효과를 갖는 것이다.

메탈할라이드, 전자식 안정기, 초크트랜스, 브리지정류부, 배압회로부

Description

메탈할라이드 램프용 전자식 안정기{Electronic ballast for metal halide lamp}

본 발명은 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 회로구성으로 배압회로부를 구성하여 점등 초기에는 메탈할라이드 램프의 안정적인 점등을 보장하면서 점등 이후에는 고전압으로부터 방전관의 손상을 방지할 수 있도록 된 새로운 구조의 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기에 관한 것이다.

일반적으로, 메탈할라이드 램프는 그 빛이 온화한 백색으로서 연색성이 우수하여 물체를 선명하게 식별할 수 있고, 백열전구나 할로겐램프에 비해 우수한 효율을 지니므로 근래에 실외 또는 실내조명용 램프로 널리 사용되고 있다. 종래의 메탈할라이드 램프의 안정기에 사용된 자기누설형 트랜스는 부피가 크고 무거우며, 자기손실, 철손 또는 동손으로 인해 안정기의 전력손실이 크고 발열이 심한 단점이 있어서, 근래에는 부피가 작고 가벼우며 전력손실이 낮은 전자식 안정기가 개발되 어 사용되고 있다.

한편, 고주파 방식의 메탈할라이드 램프용 안정기는 램프 점등시에 발생되는 음향공명 현상에 의한 빛의 떨림현상이 발생되고, 또한 재점등시 방전관 고주파가 외부로 유도되어 방전관 지지대 등과 아크를 일으키는 현상으로 인하여 종래 알려진 고주파 방식으로 램프를 점등하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 고주파 방식의 안정기는 선로의 길이가 길어짐에 따라 고주파 손실이 발생되어 부하출력이 저감되는 현상이 있다. 이러한 문제점들을 극복하기 위해서는 인가되는 전류를 저주파로 변환시켜야 한다.

또한 메탈할라이드 램프는 점등 직후에 급격히 최대 전력치에 도달되면, 차가운 유리관이 방전에 따른 부하열에 의해 쉽게 크랙이 발생되거나 손상될 수 있기 때문에, 램프의 점등 직후에는 램프의 전력은 점등유지에 필요한 최소 전력으로부터 서서히 정격에 도달하는 것이 바람직하다. 그런데 종래의 메탈할라이드 램프용 안정기는 이러한 점등조건을 만족시키기 위해 별도의 프로세서를 필요로 하거나, 다수의 부품들을 이용하는 등 그 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 누설용 콘덴서와 배압용 콘덴서를 이용하여 배압회로부를 구성함으로써 램프의 점등 초기에는 고전압을 인가하고 점등 이후에는 전압 전류 제어에 의해 램프의 안정적인 점등을 유지할 수 있으며, 램프의 점등시에 빛의 떨림이 발생하지 않고 점등 이후 높은 고전압에 의한 램프의 손상이 억제되며 램프의 수명이 연장될 수 있도록 한 새로운 구조의 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기는, 상용교류전원이 인가되며 상용교류전원을 직류로 정류하는 정류부(14)를 구비한 전원공급부(10)와, 상기 전원공급부(10)의 후단에 연결되며 정류된 직류를 일정 전압의 직류로 출력하는 역률조정부(20)와, 상기 역률조정부(20)의 후단에 접속되며 교호의 펄스신호를 출력하는 제1발진기(IC1)의 출력단에 연결되어 교호의 펄스신호를 고주파 신호로 변환하는 고주파트랜스(LT2, LT3)와 고주파 변환된 교호의 고주파 펄스신호를 게이트단으로 인가받아 상기 역률조정부(20)에서 출력되는 직류를 교류로 변환시키는 한 쌍의 스위칭소자(Q1, Q2) 및 충방전 콘덴서(C6, C7)를 포함하는 인버터부(31)와, 상기 인버터부(31)에서 출력되는 교류를 전류 제어된 직류로 변환하도록 상기 인버터부(31)의 두 스위칭소자(Q1, Q2)간의 접속점에 연결 되는 초크트랜스(32) 및 상기 두 콘덴서(C6, C7)간의 접속점 사이에 접속되는 브리지정류부(34)와, 상기 브리지정류부(34)의 출력단에 접속되는 배압용 콘덴서(C8, C9)와 상기 초크트랜스(32)의 출력단에 설치되며 상기 배압용 콘덴서(C8, C9)에 병렬 접속되는 누설용 콘덴서(C11)를 포함하며 램프(60)의 점등 초기에는 상기 누설용 콘덴서(C11)의 누설용량에 의해 고전압을 출력하며 램프(60)의 점등 이후에는 램프(60)의 관전압에 대응하여 전압이 강하되는 배압회로부(35)와, 상기 브리지정류부(34)의 후단에 접속되며 저주파 펄스신호를 발생시키는 제2발진기(IC2)의 저주파 펄스신호에 따라 직류를 램프구동용 구형파 교류로 변환시켜서 램프(60)에 인가하는 풀브리지 인버터부(40)와, 상기 풀브리지 인버터부(40)와 램프(60) 사이에 접속되어 점등초기에 램프(60)에 고전압을 유기하는 이그나이터부(50)로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 누설용 콘덴서(C11)는 상기 배압용 콘덴서(C8, C9)에 비해 10배 이상 낮은 정전용량을 갖는다.

본 발명의 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기에 따르면, 브리지정류부의 DC 출력이 램프의 점등 초기에는 누설용 콘덴서(C11)의 누설용량에 의해 배압회로를 구성하여 풀브리지 인버터부에 고전압을 인가하며, 램프의 점등 이후에는 누설용 콘덴서(C11)의 낮은 정전용량에 의해 램프의 관전압에 대응하여 전압이 강하됨으로 써, 램프의 안정적인 점등을 보장하는 동시에 램프의 점등 이후에는 안정적인 전압 전류 제어를 구현할 수 있으며, 종래 자기식 안정기에 비해 전력손실이 크게 줄어들며 고주파 점등방식에서 발생할 수 있는 빛의 떨림 현상을 방지할 수 있고, 점등 이후에는 안정적인 전압 제어가 가능하여 고전압에 의한 방전관의 손상을 억제하여 램프의 수명이 연장되는 효과가 있다. 무엇보다 본 발명은 간단한 회로 구성으로 구성됨으로써, 위와 같은 기술적 장점들을 가져가면서 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기의 제조코스트를 크게 낮출 수 있다는데 큰 의의가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 회로구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 안정기회로는 크게 교류전원이 입력되어 직류로 정류되는 전원공급부(10)와, 직류를 일정한 전압의 정전류로 변환하는 역률조정부(20)와, 직류를 전류제어된 직류로 변환하기 위한 인버터부(31)와, 이 인버터부(31)의 출력단에 설치된 초크트랜스(32) 및 브리지정류부(34)와, 브리지정류부(34)의 출력단에 접속되는 배압용 콘덴서(C8, C9) 및 초크트랜스(32)의 출력단에 설치되며 상기 배압용 콘덴서(C8, C9)에 병렬 접속되는 누설용 콘덴서(C11)로 구성된 배압회로부(35)와, 램프구동용 저주파 교류를 발생시키는 풀브리지 인버터부(40)와, 램프(60)의 초기 기동을 위한 이그나이터부(50)로 구성된다.

상기 전원공급부(10)는 220V 60Hz의 상용전원을 직류로 정류하는 구성으로서, 입력되는 상용전원으로부터 노이즈를 제거하는 필터부(12)와, 네 개의 다이오드가 브리지 연결되어 교류를 직류로 변환하는 정류부(14)로 구성된다. 한편, 전원공급부(10)와 병렬로 하여 안정기 제어부(80)의 IC들에 저전압의 구동전류를 공급하기 위하여 전압강하회로부(70)가 구비된다. 그리고 상기 전원공급부(10)의 후단에는 전용IC를 사용한 역률조정부(20)가 접속되어 입력전압의 변동에도 불구하고 DC 400V의 안정된 전압을 얻을 수 있다.

역률조정부(20)의 후단에는 한 쌍의 고주파트랜스(LT2, LT3)와, 한 쌍의 스위칭소자(Q1, Q2)와, 이 스위칭소자(Q1, Q2)의 후단에 직렬 접속되는 한 쌍의 충방전 콘덴서(C6, C7)를 포함하는 인버터부(31)가 배치된다. 한 쌍의 스위칭소자(Q1, Q2)의 게이트단 각각에는 다음과 같이 교호의 고주파 펄스 제어신호가 인가된다. 우선, 상기 안정기 제어부(80)에 배치된 제1발진기(IC1)는 두 출력단으로 교호의 구형파 펄스신호를 출력한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1발진기(IC1)에서 출력되는 두 펄스신호(제어1 OUT, 제어2 OUT)는 상기 고주파트랜스(LT2, LT3) 각각의 1차측 입력신호(제어1 IN, 제어2 IN)로 연결된다. 그리고 각 고주파트랜스(LT2, LT3)의 2차측에서 출력되는 신호는 상기 한 쌍의 스위칭소자(Q1, Q2) 각각의 게이트단에 인가된다. 그리고 두 스위칭소자(Q1, Q2)간의 접속점에는 고주파용 페라이트코어가 내장된 초크트랜스(32)가 연결되고, 두 충방전 콘덴서(C6, C7)의 접속점 사이에는 네 개의 다이오드가 브리지 연결된 브리지정류부(34)가 접속된다.

브리지정류부(34)의 출력단에는 도시된 바와 같이 배압회로부(35)가 설치된 다. 배압회로부(35)는 브리지정류부(34)의 출력단에 병렬 접속되는 두 개의 배압용 콘덴서(C8, C9)와, 초크트랜스(32)의 출력단에 설치되며 상기 배압용 콘덴서(C8, C9)와는 병렬 접속되는 누설용 콘덴서(C11)로 구성된다. 바람직하게는, 누설용 콘덴서(C11)는 배압용 콘덴서(C8, C9)에 비해 10배 이상 낮은 정전용량을 갖는다.

이러한 배압회로부(35)는 다음과 같이 동작한다.

우선, 램프(60)를 점등시키는 초기에 인버터부(31)로 입력된 DC 400V의 전류가 고주파트랜스(LT2, LT3) 및 두 스위칭소자(Q1, Q2)에 의해 고주파로 변환되고, 변환된 고주파는 초크트랜스(32)에 의해 부하에 필요한 전류로 제한된다. 그리고 브리지정류부(34)는 인버터부(31)의 출력을 정류한다. 이때, 브리지정류부(34)의 출력단에 설치된 배압회로부(35)는 누설용 콘덴서(C11)의 누설용량에 의해 배압회로로 동작하며, 대략 DC 400V의 고전압을 출력한다. 이러한 400V는 램프의 점등 초기에 풀브리지 인버터부(40)에 인가되어 램프(60)의 안정적인 점등을 보장한다.

이후, 램프(60)가 점등되면 램프(60) 양단의 관전압에 의해 전압강하가 발생하고, 이때 누설용 콘덴서(C11)의 정전용량이 배압용 콘덴서(C8, C9)의 정전용량에 비해 매우 낮은 값이므로 누설용 콘덴서(C11)를 통해 매우 낮은 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 브리지정류부(34)가 전파정류회로로 동작하면서 점등 초기의 DC 400V에 비해 매우 낮은 전압으로 강하된다. 예컨대, 배압회로부(35)는 브리지정류부(34)의 출력을 램프(60)의 관전압에 가까운 전압으로 강하시킨다. 따라서, 풀브리지 인버터부(40)는 램프(60)의 안정된 방전을 유지하도록 동작한다.

상기 풀브리지 인버터부(40)는 안정기 제어부(80)의 제2발진기(IC2)에서 나 오는 저주파 펄스신호(제어3 OUT, 제어4 OUT), 구체적으로는 램프의 음향공명(빛의 떨림) 현상을 일으키지 않는 약 60Hz 내지 400Hz의 펄스신호에 따라 전단에서 인가된 직류를 램프구동용 저주파 교류로 전환시켜서 램프(60)에 인가시킨다. 이를 위해 도시된 바와 같이 제2발진기(IC2)에서 출력되는 펄스신호(제어3 OUT, 제어4 OUT)가 저주파트랜스(LT1)의 1차측 입력신호(제어3 IN, 제어4 IN)로 연결되며, 저주파트랜스(LT1)의 2차측에는 브리지 형태로 네 개의 스위칭소자(Q3, Q4, Q5, Q6)가 접속되어 풀브리지회로를 구성한다.

또한, 풀브리지 인버터부(40)와 램프(60) 사이에는 램프의 초기 점등시 순간적으로 고전압을 인가하기 위한 이그나이터부(50)가 배치된다. 이 이그나이터부(50)는 저항(R19)과 콘덴서(C21) 및 실리콘제어정류기(SCR)가 1차측에 접속되고, 2차측에는 램프(60)가 접속된 고압트랜스(52)를 포함한다. 이에 따라 저항(R19)을 통해 콘덴서(C21)에 충전된 전압을 고압트랜스(52)의 1차측을 통해 실리콘제어정류기(SCR)로 급격히 방전시키면 상대적으로 많은 권선비를 가진 2차측에 고압이 유도되어 램프(60)에 인가된다. 실리콘제어정류기(SCR)의 방전 주기는 트리거용 DIAC을 사용해서 저항(R16)을 통해 콘덴서(C22)에 충전된 전압이 DIAC의 브레이크오버 전압(예를 들면 36V) 이상이 되면 실리콘제어정류기(SCR)의 게이트를 트리거한다. 따라서, 램프(60)의 점등 후에 전압이 200V 이하로 저하되면, 저항(R16)과 저항(R17)의 분압비에 의해 콘덴서(C22) 양단 전압이 DIAC의 브레이크오버 전압 이하로 되면 실리콘제어정류기(SCR)는 트리거를 못하게 되어 이그나이터의 동작은 차단된다.

이상 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 보인 회로구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 전원공급부 20 : 역률조정부

31 : 인버터부 32 : 초크트랜스

34 : 브리지정류부 35 : 배압회로부

40 : 풀브리지 인버터부 50 : 이그나이터부

60 : 램프 70 : 전압강하회로부

80 : 안정기제어부

Claims

상용교류전원이 인가되며 상용교류전원을 직류로 정류하는 정류부(14)를 구비한 전원공급부(10)와, 상기 전원공급부(10)의 후단에 연결되며 정류된 직류를 일정 전압의 직류로 출력하는 역률조정부(20)와, 상기 역률조정부(20)의 후단에 접속되며 교호의 펄스신호를 출력하는 제1발진기(IC1)의 출력단에 연결되어 교호의 펄스신호를 고주파 신호로 변환하는 고주파트랜스(LT2, LT3)와 고주파 변환된 교호의 고주파 펄스신호를 게이트단으로 인가받아 상기 역률조정부(20)에서 출력되는 직류를 교류로 변환시키는 한 쌍의 스위칭소자(Q1, Q2) 및 충방전 콘덴서(C6, C7)를 포함하는 인버터부(31)와, 상기 인버터부(31)에서 출력되는 교류를 전류 제어된 직류로 변환하도록 상기 인버터부(31)의 두 스위칭소자(Q1, Q2)간의 접속점에 연결되는 초크트랜스(32) 및 4개의 다이오드(D1,D2,D3,D4)가 브리지 형태로 연결되되 제1다이오드(D1), 제2다이오드(D2)의 중간노드는 상기 두 충방전 콘덴서(C6, C7)간의 접속점 사이에 연결되는 브리지정류부(34)와, 상기 브리지정류부(34)의 제1다이오드(D1), 제3다이오드(D3)의 중간노드와 제2다이오드(D2), 제4다이오드(D4)의 중간노드의 사이에 접속되는 배압용 콘덴서(C8, C9)와, 일단은 상기 초크트랜스(32)의 출력단과 상기 브리지정류부(34)의 제3다이오드(D3), 제4다이오드(D4)의 중간노드의 접속점에 연결되며 타단은 상기 두 배압용콘덴서(C8,C9)간의 접속점 사이에 연결되는 누설용콘덴서(C11)를 포함하며 램프(60)의 점등 초기에는 상기 누설용 콘덴서(C11)의 누설용량에 의해 고전압을 출력하며 램프(60)의 점등 이후에는 램프(60)의 관전압에 대응하여 전압이 강하되는 배압회로부(35)와, 상기 브리지정류부(34)의 후단에 접속되며 저주파 펄스신호를 발생시키는 제2발진기(IC2)의 저주파 펄스신호에 따라 직류를 램프구동용 구형파 교류로 변환시켜서 램프(60)에 인가하는 풀브리지 인버터부(40)와, 상기 풀브리지 인버터부(40)와 램프(60) 사이에 접속되어 점등초기에 램프(60)에 고전압을 유기하는 이그나이터부(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기.
제 1항에 있어서,

상기 누설용 콘덴서(C11)는 상기 배압용 콘덴서(C8, C9)에 비해 1/10 이하 낮은 정전용량을 갖는 것을 특징으로 하는 메탈할라이드 램프용 전자식 안정기.