KR101216200B1 - 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저주파 구형파 구동방식으로 램프에 전압 전류를 공급하는 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기를 구현하고자 한 세라믹 메탈 할라이드램프 안정기 장치에 관한 것이다.
본 발명 세라믹 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치는 저주파 구형파 구동방식으로 램프에 전압 전류를 공급하는 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기를 구현하여 일정한 크기의 전력을 램프에 공급하므로써 음향 공명 현상을 발생시키는 정재파가 발생되지 않도록 하여 세라믹 메탈 할라이드 램프의 음향 공명 현상을 해결하고자 하며, 또한 저 와트의 높은 효율을 갖는 전자식 안정기를 구현하여 고가의 전자식 안정기의 비용상승분을 전력절감 비용으로 대체할 수 있도록 한다.

Description

세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치{ELECTRONIC BALLAST FOR CERAMIC METAL HALIDE LAMP}
본 발명은 저주파 구형파 구동방식으로 램프에 전압 전류를 공급하는 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기를 구현하고자 한 세라믹 메탈 할라이드램프 안정기 장치에 관한 것이다.
근래에 에너지문제에 있어 조명에 사용되는 전력에 대한 문제가 큰 부분을 차지하고 있으며, 최근 환경문제와 결부되면서 조명설비의 고효율화가 요구되고 있다.
고압 방전(High Intensity Discharge)램프 중 메탈 할라이드(Metal Halide Discharge) 램프는 수은, 아르곤 가스 외에 스칸듐(Sc), 토륨(Th), 나트륨(Na) 등의 알칼리 금속 원소를 할로겐 원소와 화합시킨 금속 할로겐이 봉입되어 있어 광 효율 증가와 우수한 연색성(color rendering), 다양한 색온도 및 긴 수명 등의 장점을 갖고 있어, 가로등 및 옥외 조명등에서 주로 사용되고 있고 최근에는 골프장, 백화점 및 대형 매장의 전시용 조명으로 그 사용 범위가 확대되고 있는 추세이다.
특히 방전관(Arc tube)이 세라믹으로 만들어진 세라믹 메탈 할라이드 램프는 기존의 메탈 할라이드 램프보다 높은 광 효율과 연색성, 긴 수명 등의 장점을 가지고 있어 차세대 고 와트(Watt)광원으로 각광 받고 있다.
그렇지만 세라믹 메탈 할라이드 램프는 기존의 MHD 램프보다 높은 이그니션 전압(약 3kV～5kV)을 필요로 한다. 따라서 세라믹 메탈 할라이드 램프를 점등시키기 위해서는 높은 이그니션 전압을 발생시킬 수 있는 안정기를 필요로 하며, 또한 세라믹 메탈 할라이드 램프는 다른 램프에 비해 음향 공명 현상이 매우 민감하게 발생하므로 안정기 설계 시 기존의 메탈 할라이드 램프용 안정기 설계와 다른 설계 방법을 필요로 한다.
음향 공명은 아크 튜브(arc tube)에 흐르는 전류에 의한 입력 에너지의 주기적인 변화에 의해 발생한다. 인가되는 에너지는 아크 튜브 내 압력을 변화시키고 이 압력 변화는 정재파(Standing wave)를 만들게 되는 데, 아크 튜브 내에 인가되는 에너지와 정재파의 주파수가 일치하게 되면 압력 변화는 증폭되어 음향 공명 현상을 발생시키게 된다.
이러한 음향 공명 현상은 아크를 불안정하게 하고 때로는 아크 튜브를 깨지게 한다. 이때의 아크를 통해 흐르는 전류, 전압 또한 불규칙적이다.
본 발명 세라믹 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치는 저주파 구형파 구동방식으로 램프에 전압 전류를 공급하는 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기를 구현하여 일정한 크기의 전력을 램프에 공급함으로써 음향 공명 현상을 발생시키는 정재파가 발생되지 않도록 하여 세라믹 메탈 할라이드 램프의 음향 공명 현상을 해결하고자 한 것이다.
또한 본 발명은 저 와트의 높은 효율을 갖는 전자식 안정기를 구현하여 고가의 전자식 안정기의 비용상승분을 전력절감 비용으로 대체할 수 있도록 한 것이다.
본 발명 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치는 안정기장치 내부에서 발생하는 스위칭노이즈에 대한 전자파 차폐수단인 EMI 필터와, 입력되는 교류를 직류로 변환하기 위한 전파정류수단과, 안정기제어수단의 출력전압 제어신호에 따라서 전류를 입력받아 전파정류수단을 통해 정류된 직류 전압을 입력으로 하여 역률을 보상(Power Factor Correction)하여 안정된 인버터의 입력전압을 공급하기 위한 역률 보상수단과, 안정기제어수단의 스위칭 제어신호를 입력받아 인버터의 스위칭 구동신호를 출력하는 드라이버IC와, 드라이버IC로부터 인가되는 스위칭 구동신호에 따라서 스위칭동작하여 CDM램프를 구동시키는 인버터와, 안정기제어수단의 이그니션 펄스(Ignition pulse)를 입력받아 CDM램프를 점화점등시키기 위한 이그나이터(Igniter)와, 이그나이터를 제어하기 위한 이그니션 펄스를 공급하고, 역률보상부의 출력전압을 제어하며, 드라이버IC의 스위칭제어신호를 인가하여 인버터를 스위칭제어하며, 인버터부의 전압/전류(V/I)를 검출하여 CDM램프의 동작상태를 확인하고 이에 따라서 상기 역률보상부, 드라이버IC, 이그나이터를 동작제어하는 안정기제어수단과, 상기 각 구성부의 동작전원(Vcc)을 공급하기 위한 SMPS를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치에 따르면, 저주파 구형파 구동방식으로 램프에 전압 전류를 공급하는 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기를 구현하여 일정한 크기의 전력을 램프에 공급함으로써, 음향 공명 현상을 발생시키는 정재파가 발생되지 않도록 하여 세라믹 메탈 할라이드 램프의 음향 공명 현상을 해결할 수 있다.
또한 본 발명은 저 와트의 높은 효율을 갖는 전자식 안정기 회로를 구현할 수 있어서, 고가의 전자식 안정기의 비용상승분을 전력절감 비용으로 대체할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 2 및 도 3은 본 발명 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치를 회로로 구현한 일 실시 예를 나타낸 회로도.
도 4는 본 발명에 있어서, 이그니션 펄스(Ignition pulse)와 이그나이터의 MOS전계효과트랜지스터(Q7)의 게이트 소오스 전압(Vgs)을 나타낸 파형도.
도 5는 본 발명에 있어서, 하이사이드 MOS전계효과트랜지스터(Q4)와 로우사이드 MOS전계효과트랜지스터(Q6)의 게이트 소오스 전압(Vgs)을 나타낸 파형도.
도 6은 본 발명에 있어서, 안정기제어부에서 CDM램프를 점등 제어하는 과정의 일 실시 예를 나타낸 플로우챠트.
이와 같은 본 발명 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치를 첨부된 도면 도 1 내지 도 5에 도시된 실시 예를 참조하여 그 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은,
시스템 내부에서 발생하는 스위칭노이즈가 전력선에 영향을 미치지 못하도록 필터링하는 EMI 필터부(10)와,
입력되는 교류를 직류로 변환하기 위한 전파정류부(20)와,
안정기제어부(70)의 출력전압 제어신호(PFC)에 따라서 전류를 입력받아 전파정류부(20)를 통해 정류된 직류 전압을 입력으로 하여 역률을 보상(Power Factor Correction)하여 안정된 인버터부(50)의 입력전압을 공급하기 위한 역률 보상부(30)와,
안정기제어부(70)의 스위칭 제어신호(SD, IN)를 입력받아 인버터부의 스위칭 구동신호를 출력하는 드라이버IC(40)와,
드라이버IC(40)로부터 인가되는 스위칭 구동신호에 따라서 스위칭동작하여 CDM램프(90)를 구동시키는 인버터부(50)와,
안정기제어부(70)의 이그니션 펄스(Ignition pulse)를 입력받아 CDM램프(90)를 점화점등시키기 위한 이그나이터(Igniter)(60)와,
이그나이터(60)를 제어하여 램프를 점화점등시키고 인버터부(50)에 흐르는 전류를 검출하여 역률보상부(30) 및 드라이브IC(40)를 제어하여 CDM램프(90)의 구동을 제어하는 안정기제어부(70)와,
상기 각 구성부의 동작전원(Vcc)을 공급하기 위한 SMPS부(Switched Mode Power Supply)(80)를 포함하여 구성된다.
이와 같은 본 발명은 저주파 구형파 구동방식으로 램프에 전압전류를 공급하는 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기를 구현하고자 하며 일정한 크기의 전력을 램프에 공급하여 음향 공명현상을 방지하고자 한 것으로,
상기 EMI 필터부(10)는 시스템 내부에서 발생하는 스위칭노이즈가 전력선에 영향을 미치지 못하도록 하기 위한 전자파 차폐 필터수단이다.
상기 전파정류부(20)는 EMI필터부(10)를 통해 공급되는 전원전압을 전파정류하여 직류전압으로 공급하는 정류수단이다.
상기 역률보상부(30)는 인버터부(50)에 안정된 전압을 공급하기 위한 수단으로 안정기제어부(70)의 출력전압 제어신호(PFC Vout control)에 따라서 전류를 입력받아 전파정류부(20)를 통해 정류된 직류 전압을 역률을 보상하여 인버터부(50)에 공급한다.
드라이버IC(40)는 인버터부(50)의 스위칭 구동신호를 공급하기 위한 수단으로, 안정기제어부(70)의 스위칭제어신호(SD,IN)에 따라서 인버터부(50)를 스위칭동작제어한다.
인버터부(50)는 하이사이드대역과 로우사이드 대역의 듀얼백 인버터(Dual Back Inverter)로 구성되며, 드라이버IC(40)로부터 하이사이드 대역 및 로우사이드 대역 스위칭구동신호(H,L)를 입력받아 스위칭동작한다.
이그나이터(60)는 CDM 램프(90)의 초기 점화 점등하기 위한 수단으로, 안정기제어부(70)로부터 공급된 이그니이션 펄스(Ignition pulse)에 따라서 동작제어된다.
안정기제어부(70)는 상기 역률보상부(30), 드라이버IC(40), 이그나이터(60)를 제어하여 안정기의 동작이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하기 위한 제어수단으로, 이그나이터(60)를 제어하기 위한 이그니션 펄스를 공급하고, 역률보상부(30)의 출력전압을 제어하며, 드라이버IC(40)의 스위칭제어신호(SD,IN)를 인가하여 인버터부(50)를 스위칭제어하며, 인버터부(50)의 전압/전류(V/I)를 검출하여 CDM램프(90)의 동작상태를 확인하고 이에 따라서 상기 역률보상부(30), 드라이버IC(40), 이그나이터(60)를 동작제어한다.
SMPS부(80)는 상기 각 구성부의 동작전원(Vcc)을 공급하기 위한 동작전원공급수단으로 본 발명 실시 예에서는 Buck type SMPS 로 구성한다.
Fly-back type SMPS 트랜스포머로 인하여 사이즈가 커지는 단점이 있다. 그러나 Buck type SMPS 는 Fly-back type SMPS 에 사용되는 트랜스포머에 비하여 작은 코일(L)을 사용함에 따라서 소형화에 용이함으로, 현재의 35W 안정기에서 요구되는 SMPS 전력이 1W 임을 감안하여 최대 2W의 출력이 가능한 SMPS로 구성한다.
이와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
공급되는 교류전압은 전파정류부(20)를 통하여 직류전압으로 정류되고 정류된 전압은 역률보상부(30)로 공급된다.
상기 역률보상부(30)에서는 상기 전파정류부(20)를 통해 공급된 직류전압에 대하여 역률을 보상하고 그 보상된 직류전압을 인버터부(50)로 공급한다.
드라이버IC(40)를 안정기제어부(70)로부터 입력받은 스위칭 제어신호(SD IN)에 따라서 인버터부(50)의 스위칭구동신호(H,L)를 인버터부(50)로 출력한다.
상기 인버터부(50)에서는 드라이버IC(40)로부터 제공된 스위칭구동신호(H,L)에 따라서 스위칭하여 CDM램프(90)를 구동시킨다.
안정기제어부(70)에서는 인버터부(50)의 전압/전류를 검출하고 그 검출된 전압/전류에 따라서 역률보상부(30)의 출력전압을 제어하고 드라이버IC(40)의 스위칭구동신호(H,L)를 제어한다.
여기서 CDM램프(90) 초기 구동시 안정기제어부(70)에서는 이그니션 펄스(Ignition)를 이그나이터(60)에 출력하여 역률보상부(30)로부터 출력된 전압에 의해 이그나이터(60)에서 CDM램프(90)를 점등시키도록 한다.
역률보상부(30)에서는 안정기제어부(70)에서 제공되는 출력전압제어신호(PFC Vout Control)에 의해 이그니션 시에는 CDM램프(90)에 충분한 이그니션 전압을 공급하기 위하여 CDM램프(90)의 일반 구동 시 400V 전압보다 높게 승압하여 500V전압이 출력되도록 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치를 회로로 구현한 일 실시 예를 나타낸다.
이를 참조하여 그 구성 및 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이,
상기 EMI필터부(10)는 트랜스(T1)의 1차측 콘덴서(C1)와, 트랜스(T1)의 2차측으로 브리지 다이오드(BD1)의 교류 전원입력 양단에 병렬로 연결되는 콘덴서(C3,C4), 콘덴서(C2)를 포함하여 구성된다.
상기 전파전류부(20)는 브리지 다이오드(BD1)로 구성된다.
상기 역률보상부(30)는 전류센싱단(current sensing)단에 병렬로 구성되는 저항(R1,R2)과, 브리지다이오드(BD1)의 반파 전압출력단에 구성되어 컨버터IC(U1)의 트리거전압단(MUL)으로 공급되는 트리거전압을 공급하기 위한 분압저항(R3,R4)과, 트리거전압 평활 콘덴서(C6,C7)와, 컨버터IC(U1)의 인버터부(50)의 센싱전류 값이 입력되는 CS단에 구성되는 평활회로 콘덴서(C8),저항(R5)과, 컨버터IC(U1)의 동작전원(VCC)단에 연결되는 콘덴서(C9)와, 입력전압을 검출하여 컨버터IC(U1)로 제공하기 위한 트랜스(T2),바이어스저항(R6)과, 인버터부(50)로 출력되는 전압제어 스위칭을 위하여 컨버터IC(U1)의 드라이브단(DRV)에 베이스단이 연결되는 MOS전계효과트랜지스터(Q1)와, MOS전계효과트랜지스터(Q1)의 베이스 바이어스저항(R7)과, 바이어스저항(R7)과 역방향으로 병렬로 연결되는 다이오드(D1)와, 역률보상부(30)의 출력전압단에 구성되는 콘덴서(C10,C11), 다이오드(D3,D4)와, 안정기제어부(70)로부터 전달되는 출력전압 제어신호(PFC)를 입력으로 역률보상 제어하는 수단으로 이그니션 시와 정상동작 시 서로 다른 출력전압이 이루어질 수 있도록 하기 위한 PFC제어회로부(30a)를 포함하여 구성되며,
상기 PFC제어회로부(30a)는 안정기제어부(70)로부터 PFC 제어신호를 입력받아 컨버터IC(U1)의 피드백전압(FB)을 공급하여 현재 CDM램프(90)의 동작상태가 이그니션 상태인지 정상동작상태인지를 인식할 수 있도록 한다.
컨버터IC(U1)에서는 이그니션 상태인 경우에는 정상동작 시보다 더 승압된 전압이 공급될 수 있도록 드라이브(DRV)신호 전압을 출력하게 된다.
상기 인버터부(50)는 하이사이드 MOS전계효과트랜지스터(Q4), 로우사이드 MOS전계효과트랜지스터(Q6)로 구성되는 듀얼인버터회로로 구성되며,
드라이버IC(40)의 하이 스위칭구동신호(H)에 따라서 하이사이드 MOS전계효과트랜지스터(Q4)를 스위칭동작시키기 위하여 저항(R15), 다이오드(D3), 콘덴서(C13),트랜지스터(Q3)를 포함하는 하이사이드 인버터구동회로와,
드라이버IC(40)의 로우 스위칭구동신호(L)에 따라서 로우사이드 MOS전계효과트랜지스터(Q6)를 스위칭동작시키기 위하여 저항(R14),트랜지스터(Q5),다이오드(D4),콘덴서(C14)를 포함하는 로우사이드 인버터구동회로와,
바이어스전압(Vcs)을 센싱하기 위한 콘덴서(C15,C16) 저항(R16)의 하이사이드 센싱회로, 콘덴서(C17,C18) 저항(R17)의 로우사이드 센싱회로로 구성되는 Vcs감지부(50a)와, 영상전압(Vzcd)을 센싱하기 위한 트랜지스터(T3,T4)와 다이오드(D7,D8), 콘덴서(C19)를 포함하는 Vzcd 감지부(50b)를 포함하여 구성되며, CDM램프(90)로 전압을 출력하여 구동시키는 트랜지스터(T5)를 포함하여 구성된다.
상기 이그나이터(60)는 이그나이터 구동회로(60a)와 이그나이터회로(60b)로 구성되며, 이그나이터 구동회로(60a)는 안정기제어부(70)에서 제공되는 이그니션 펄스(Ignition pulse)에 따라서 스위칭동작하여 이그나이회로(60b)의 MOS전계효과트랜지스터(Q7)을 구동시키는 트랜지스터(Q10,Q9,Q8)를 포함하여 구성되고, 이그니션 펄스(Ignition pulse)가 베이스로 트랜지스터(Q10)가 구성되고, 트랜지스터(Q10)의 콜렉터단으로 동작전원(Vcc)가 공급되며 트랜지스터(Q8,Q9)의 베이스가 연결구성되고, 이그나이터회로(60b)의 MOS전계효과트랜지스터(Q7)의 게이트와 에미터가 연결구성되어, 트랜지스터(Q10)의 온 스위칭에 따라서 트랜지스터(Q8,Q9)가 오프 스위칭하여 이그나이터(60)의 MOS전계효과트랜지스터(Q7)의 게이트-소오스간 전압이 설정되어 MOS전계효과트랜지스터(Q7)를 스위칭제어하도록 구성된다.
이그나이터회로(60b)는 트랜지스터(Q9)의 에미터단에 게이트가 연결되고 트랜지스터(Q10)의 에미터단에 소오스단이 연결되어 트랜지스터(Q10,Q9,Q8)의 스위칭에 따라서 입력되는 게이트-소오스간 전압에 따라서 스위칭동작하여 이그나이터(60)를 동작시키는 MOS전계효과트랜지스터(Q7)와, 충전용 콘덴서(C21)와, 저항(R18,R19,R20,R21) 및 공급전압과 역방향으로 연결되어 전계효과트랜지스터(Q7)의 오프동작시 인버터부(50)의 트랜스(T5)에 흐르는 전류를 환수하기 위한 다이오드(D9)를 포함하여 구성된다.
미 설명된 부호 R은 저항, C는 콘덴서, D는 다이오드이다.
이와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명 실시 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
전파정류부(20)의 브리지다이오드(BD1)을 통해 정류된 정류전압은 역률보상부(30)로 공급되고, 역률보상부(30)의 컨버터IC(U1)는 영상전압단(ZCD)에 걸리는 트랜스(T2)의 2차측 전압으로 전압공급을 확인하여 전계효과트랜지스터(Q1)의 베이스로 드라이브신호를 출력하여 MOS전계효과트랜지스터(Q1)를 스위칭제어하여 정류된 전압을 인버터부(50)로 공급한다.
이때, PFC제어회로부(30a)의 트랜지스터(Q2)의 베이스로 안정기제어부(70)의 출력전압제어신호(PFC)가 입력되며 이에 따라서 트랜지스터(Q2)가 스위칭제어되고, 트랜지스터(Q2)의 스위칭에 따라서 컨버터IC(U1)의 피드백단(FB)에 걸리는 전압이 달라지게 된다.
따라서 컨버터IC(U1)는 피드백단에 걸리는 전압에 따라서 정상동작과 이그니션 상태임을 판단하게 되고 이에 따라서 드라이브신호를 달리출력하여 전계효과트랜지스터(Q1)의 스위칭제어를 통하여 정상동작 시 역률보상부(30)의 출력전압을 DC 400V로 출력하고 이그니션 시에는 DC 500V로 출력되도록 한다.
역률보상부(30)를 통해 출력된 전압은 인버터부(50)로 공급되고 또한 이그나이터(60)로 공급된다.
안정기제어부(70)에서는 초기 점등 시 도 4 에서와 같이 이그니션 펄스(Ignition pulse)를 이그나이트 구동회로부(60a)로 출력하여 이그나이터(60)를 동작시키게 된다.
이그니이션 펄스(Ignition pulse)는 이그나이트 구동회로부(60a)의 저항(R24)을 거쳐 트랜지스터(Q10)로 입력되고 이에 따라서 트랜지스터(Q10)는 스위칭제어된다.
상기 트랜지스터(Q10)가 스위칭제어에 따라 동작하면 트랜지스터(Q10)의 콜렉터단에 베이스단이 연결된 트랜지스터(Q9,Q8) 또한 트랜지스터(Q10)의 콜렉터단에 걸리는 전압에 따라서 스위칭제어된다.
이그니션 펄스가 트랜지스터(Q10)의 베이스로 입력되면, 트랜지스터(Q10)가 온 동작하게 되고, 따라서 콜렉터단에 연결된 트랜지스터(Q8, Q9)의 베이스에는 로우전압이 걸리게 되어 트랜지스터(Q8,Q9)가 오프된다.
따라서 MOS전계효과트랜지스터(Q7)의 게이트단에는 로우가 걸리게 된다.
따라서 MOS전계효과트랜지스터(Q7)의 게이트-소오스간 전압(Vgs)이 도 4에서와 같이 나타나면서 MOS전계효과트랜지스터(Q7)가 스위칭된다.
도 4에서와 같이, MOS전계효과 트랜지스터(Q7)의 게이트-소오스간 전압(Vgs)와 이그니션 펄스(Ignition pulse)는 신호의 위상이 180도 다르게 나타난다.
상기 역방향보상부(30)로 부터 출력된 전압(이그니이션 시 500V)이 콘덴서(C21)에 충전되고 이그나이터(60)의 MOS전계효과트랜지스터(Q7)가 온 스위칭하게 되면, 순간적으로 많은 전류가 트랜스(T5)에 흐르게 되고, 트랜스(T5)의 2차측 전압이 CDM램프(90)의 양단(output-high, output-low)에 걸리게 되면서 CDM램프(90)가 점등된다.
상기 이그나이터회로(60b)의 다이오드(D9)는 MOS전계효과트랜지스터(Q7)가 오프되면 트랜스(T5)에 흐르는 전류를 환류시키도록 역률보상부(30)의 출력단과 역방향으로 구성된다.
안정기제어부(70)에서는 인버터부(50)의 Vcs 감지부(50a), Vzcd 감지부(50b)를 통하여 Vcs, Vzcd전압을 검출하여 인버터부(50)에 흐르는 전류를 감지하여 역률보상부(30)의 출력전압 제어 및 드라이버IC(40)의 스위칭구동에 대한 스위칭제어신호출력, 이그나이터(60) 동작제어를 수행하게 되는 바,
상기에서와 같이 이그니이션 동작되어 CDM램프(90)가 점등되면, 트랜스(T3,T4)의 2차 측에 전압(Vzcd)이 나타나게 되고, 이의 검출된 전압에 대한 감지신호(SE)는 안정기제어부(70)로 공급되고, 안정기제어부(70)에서는 감지신호(SE)가 입력되면 CDM램프(90)가 점등되었음을 인식하여 역률보상부(30)의 출력전압제어신호(PFC)를 출력하여 이그니이션이 완료된 상태에서 정상동작 시의 역률보상부(30)의 출력전압이 인버터부(50)로 공급될 수 있도록 한다.
또한 드라이버IC(40)로 하이사이드와 로우사이드에 대한 스위칭제어신호(SD, IN)를 입력하여 드라이버IC(40)가 인버터부(50)에 대한 스위칭 구동신호를 출력하여 전계효과트랜지스터(Q4,Q6)를 스위칭동작하도록 한다.
드라이버IC(40)에서는 상기와 같이 입력되는 스위칭제어신호(SD, IN)에 따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 하이사이드 MOS전계효과트랜지스터(Q4), 로우사이드 전계효과트랜지스터(Q6)의 온/오프 스위칭을 위한 게이트단 입력펄스 신호를 생성하여 출력한다.
상기 도 5에서와 같은 입력펄스 전압을 게이트로 입력받아 온/오프 스위칭을 반복하면서 CDM램프(90)를 구동시킨다.
한편 도 6은 안정기제어부(70)에서 CDM램프(90)를 점등 제어하는 과정을 나타낸 플로우챠트로서, 도 6을 참조하여 CDM램프(90)를 점등하는 그 과정을 설명하면 다음과 같다.
안정기제어부(70)는 150HZ 구형파를 드라이버IC(40)로 출력하고, PFC 전압 제어를 통하여 역률보상부(30)로 부터 500Vdc PFC 전압이 출력되도록 하고, 이그니션 펄스전압을 출력시켜 CDM램프(70)를 점등시키도록 한다.
이후, 감지신호(SE)를 이용하여 CDM램프(90)에 전류가 흐르는 지를 감지하게 된다.
이때 전류가 감지되지 않으면, 상기의 과정을 반복하여 CDM램프(90)를 전등시도하게 된다.
본 실시 예에서는 2회를 시도한 예이며, 예시적으로 30초동안 2회를 반복하게 되고, 이때 CDM램프(90)에 전류가 감지되지 않으면, 즉 CDM램프(90)가 점등 되지 않으면, 드라이버IC(40)로 공급되는 150HZ 구형파 출력을 정지하고, 이그니션펄스 출력을 정지시킨다.
여기서 상기와 같이 CDM램프(90)가 점등되지 않으면 일정시간(15분) 후 상기와 같이 CDM램프(90) 점등을 재시도하고 그 이후에도 CDM램프(90)가 점등되지 않으면 드라이버IC(40)로 공급되는 150HZ 구형파 출력을 정지하도록 프로세스를 구성할 수 있다.
이와 같은 상기의 실행과정은 로드가 걸리지 않는 NO LOAD 상태인 가를 판단하는 과정으로, CDM램프(90)의 상태를 판단하고자 한 것으로, CDM램프(90)가 오픈(open), 단락(short),파손 등의 상태를 판단하고자 한 것으로 이러한 경우에 드라이버IC(40)를 정지시키고자 한다.
한편, 전류가 감지되어 CDM램프(90)가 점등되었음을 감지한 경우에는 전류감지 지속시간(T)을 카운트하고, 2초를 경과하면 CDM램프(90)가 정상적으로 점등되었음으로 판단하여 PFC전압을 400Vdc로 내리고, 이그니션펄스를 정지시킨 후, PWM제어를 수행하게 된다.
이때, 전류가 감지된 시간이 2초를 경과하지 못하면, CDM램프(90)의 단락(short)상태로 판단하여 150Hz 구형파 출력을 정지하여 드라이버IC(40)정지시킨다.
이는 CDM램프(90)가 단락된 상태에서는 전압이 급상승하게 됨으로써, 바로 드라이버IC(40)를 정지시키지 않으면 인버터부(50)의 MOS전계효과트랜지스터가 파손될 수 있음으로 이를 방지하고자 한 것이다.
이와 같이 안정기제어부(70)는, 드라이버IC(40)를 구동시켜 이그니션펄스 출력에 필요한 역률보상전압(PFC 500Vdc)을 출력하고 이그니션펄스를 출력하여 이그니션을 수행하여 CDM램프(90)를 점등시도하는 이그니션 CDM점등제어과정과, CDM램프(90)의 전류를 감지판단하여 CDM램프(90)의 로드(Load) 상태를 판단하고 CDM램프(90)의 전류가 감지된 경우 정해진 시간(2초)을 경과하여 해당 전류가 흐르는 지 판단하여 CDM램프(90)의 단락(short)상태를 판단하는 과정과, CDM램프(90)의 전류가 정해진 시간을 경과하여 감지되면, 정상적으로 CDM램프(90)의 점등이 이루어진 경우로 판단하여 역률보상전압(PFC 400Vdc)로 조정하고 이그니션펄스 출력을 정지하고, PWM제어를 수행하는 과정과, CDM램프(90)의 전류가 정해진 시간(2초)동안 지속하지 않는 경우 CDM램프(90)가 단락 상태임으로 판단하여 드라이버IC(40)를 정지시키고, 이그니션펄스 출력을 정지시켜 장치를 정지시키는 과정의 프로세스를 포함한다.

Claims (7)

  1. 안정기장치 내부에서 발생하는 스위칭노이즈에 대한 전자파 차폐수단인 EMI 필터부(10)와,
    입력되는 교류를 직류로 변환하기 위한 전파정류부(20)와,
    안정기제어부(70)의 출력전압 제어신호(PFC)에 따라서 전류를 입력받아 전파정류부(20)를 통해 정류된 직류 전압을 입력으로 하여 역률을 보상(Power Factor Correction)하여 안정된 인버터부(50)의 입력전압을 공급하기 위한 역률 보상부(30)와,
    안정기제어부(70)의 스위칭 제어신호(SD, IN)를 입력받아 인버터부의 스위칭 구동신호를 출력하는 드라이버IC(40)와,
    드라이버IC(40)로부터 인가되는 스위칭 구동신호에 따라서 스위칭동작하여 CDM램프(90)를 구동시키는 인버터부(50)와,
    안정기제어부(70)의 이그니션 펄스(Ignition pulse)를 입력받아 CDM램프(90)를 점화점등시키기 위한 이그나이터(Igniter)(60)와,
    이그나이터(60)를 제어하기 위한 이그니션 펄스를 공급하고, 역률보상부(30)의 출력전압을 제어하며, 드라이버IC(40)의 스위칭제어신호(SD,IN)를 인가하여 인버터부(50)를 스위칭제어하며, 인버터부(50)의 전압/전류(V/I)를 검출하여 CDM램프(90)의 동작상태를 확인하고 이에 따라서 상기 역률보상부(30), 드라이버IC(40), 이그나이터(60)를 동작제어하는 안정기제어부(70)와,
    상기 각 구성부의 동작전원(Vcc)을 공급하기 위한 SMPS부(80)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 역률보상부(30)는 안정기제어부(70)에서 제공되는 출력전압제어신호(PFC)에 따라 이그니션 상태와 일반 정상동작상태를 판단하고 이그니션 시에는 충분한 이그니션 전압을 공급하기 위하여 CDM램프(90)의 일반 정상동작상태 시의 전압보다 높게 승압하여 출력전압이 이루어질 수 있도로 하는 PFC제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 역률보상부(30)는 전류센싱단(current sensing)단에 병렬로 구성되는 저항(R1,R2)과, 브리지다이오드(BD1)의 반파 전압출력단에 구성되어 컨버터IC(U1)의 트리거전압단(MUL)으로 공급되는 트리거전압을 공급하기 위한 분압저항(R3,R4)과, 트리거전압 평활 콘덴서(C6,C7)와, 컨버터IC(U1)의 인버터부(50)의 센싱전류 값이 입력되는 CS단에 구성되는 평활회로 콘덴서(C8),저항(R5)과, 컨버터IC(U1)의 동작전원(VCC)단에 연결되는 콘덴서(C9)와, 입력전압을 검출하여 컨버터IC(U1)로 제공하기 위한 트랜스(T2),바이어스저항(R6)과, 인버터부(50)로 출력되는 전압제어 스위칭을 위하여 컨버터IC(U1)의 드라이브단(DRV)에 베이스단이 연결되는 MOS전계효과트랜지스터(Q1)와, MOS전계효과트랜지스터(Q1)의 베이스 바이어스저항(R7)과, 바이어스저항(R7)과 역방향으로 병렬로 연결되는 다이오드(D1)와, 역률보상부(30)의 출력전압단에 구성되는 콘덴서(C10,C11), 다이오드(D3,D4)와, 안정기제어부(70)로부터 PFC 제어신호를 입력받아 컨버터IC(U1)의 피드백전압(FB)을 공급하여 현재 CDM램프(90)의 동작상태가 이그니션 상태인지 정상동작상태인지를 인식할 수 있도록 하는 PFC제어회로부(30a)를 포함하여 구성되며,
    상기 컨버터IC(U1)에서는 이그니션 상태인 경우에는 정상동작 시보다 더 승압된 전압이 공급될 수 있도록 드라이브(DRV)신호 전압을 출력하도록 하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 인버터부(50)는 하이사이드 MOS전계효과트랜지스터(Q4), 로우사이드 MOS전계효과트랜지스터(Q6)로 구성되는 듀얼인버터회로로 구성되며,
    드라이버IC(40)의 하이 스위칭구동신호(H)에 따라서 하이사이드 MOS전계효과트랜지스터(Q4)를 스위칭동작시키기 위한 하이사이드 인버터구동회로와,
    드라이버IC(40)의 로우 스위칭구동신호(L)에 따라서 로우사이드 MOS전계효과트랜지스터(Q6)를 로우사이드 인버터구동회로와,
    바이어스전압(Vcs)을 센싱하기 위한 콘덴서(C15,C16) 저항(R16)의 하이사이드 센싱회로, 콘덴서(C17,C18) 저항(R17)의 로우사이드 센싱회로로 구성되는 Vcs감지부(50a)와, 영상전압(Vzcd)을 센싱하기 위한 트랜지스터(T3,T4)와 다이오드(D7,D8), 콘덴서(C19)를 포함하는 Vzcd 감지부(50b)를 포함하여 구성되며, CDM램프(90)로 전압을 출력하여 구동시키는 트랜지스터(T5)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 이그나이터(60)는 이그나이터 구동회로(60a)와 이그나이터회로(60b)로 구성되며, 이그나이터 구동회로(60a)는 안정기제어부(70)에서 제공되는 이그니션 펄스(Ignition pulse)에 따라서 스위칭동작하여 이그나이회로(60b)의 MOS전계효과트랜지스터(Q7)를 구동시키는 트랜지스터(Q10,Q9,Q8)로 구성되며,
    이그니션 펄스(Ignition pulse)가 베이스로 트랜지스터(Q10)가 구성되고, 트랜지스터(Q10)의 콜렉터단으로 동작전원(Vcc)가 공급되며 트랜지스터(Q8,Q9)의 베이스가 연결구성되고, 이그나이터회로(60b)의 MOS전계효과트랜지스터(Q7)의 게이트와 에미터가 연결구성되어, 트랜지스터(Q10)의 온 스위칭에 따라서 트랜지스터(Q8,Q9)가 오프 스위칭하여 이그나이터(60)의 MOS전계효과트랜지스터(Q7)의 게이트-소오스간 전압이 설정되어 MOS전계효과트랜지스터(Q7)를 스위칭제어하도록 구성되고,
    이그나이터회로(60b)는 트랜지스터(Q9)의 에미터단에 게이트가 연결되고 트랜지스터(Q10)의 에미터단에 소오스단이 연결되어 트랜지스터(Q10,Q9,Q8)의 스위칭에 따라서 입력되는 게이트-소오스간 전압에 따라서 스위칭동작하여 이그나이터(60)를 동작시키는 MOS전계효과트랜지스터(Q7)와, 충전용 콘덴서(C21)와, 저항(R18,R19,R20,R21) 및 공급전압과 역방향으로 연결되어 전계효과트랜지스터(Q7)의 오프동작시 인버터부(50)의 트랜스(T5)에 흐르는 전류를 환수하기 위한 다이오드(D9)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 SMPS부(80)는 Buck type SMPS 로 구성된 것을 특징으로 하는 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 안정기제어부(70)는, 드라이버IC(40)를 구동시켜 이그니션펄스 출력에 필요한 역률보상전압(PFC 500Vdc)을 출력하고 이그니션펄스를 출력하여 이그니션을 수행하여 CDM램프(90)를 점등시도하는 이그니션 CDM점등제어과정과, CDM램프(90)의 전류를 감지판단하여 CDM램프(90)의 로드(Load) 상태를 판단하고 CDM램프(90)의 전류가 감지된 경우 정해진 시간(2초)을 경과하여 해당 전류가 흐르는 지 판단하여 CDM램프(90)의 단락(short)상태를 판단하는 과정과, CDM램프(90)의 전류가 정해진 시간을 경과하여 감지되면 정상적으로 CDM램프(90)의 점등이 이루어진 경우로 판단하여 역률보상전압(PFC 400Vdc)로 조정하고 이그니션펄스 출력을 정지하고, PWM제어를 수행하는 과정과, CDM램프(90)의 전류가 정해진 시간(2초)동안 지속하지 않는 경우 CDM램프(90)가 단락 상태임으로 판단하여 드라이버IC(40)를 정지시키고, 이그니션펄스 출력을 정지시켜 장치를 정지시키는 과정의 제어프로세스를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 메탈할라이드 램프 안정기 장치.
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KR20090119579A (ko) * 2008-05-16 2009-11-19 박찬수 방전등용 전자식 안정기 회로

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