KR101228303B1 - 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기 - Google Patents

세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 형광램프의 불평형 점등을 없애고 형광램프 파손에 따른 사고 회피가 가능하도록 하며 고역률을 구현할 수 있는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기에 관한 것으로,
입력되는 교류 전원에서 전자파를 제거하여 출력하는 전자파 필터(1100);
상기 전자파 필터(1100)로부터 출력되는 전자파가 제거된 교류 전원을 정류하여 출력하는 정류부(1200);
상기 정류부(1200)로부터 출력되는 교류 전원의 전압과 전류의 위상차의 역률을 보상하고 평활하여 직류를 출력하는 역률보상 및 평활부(1300);
상기 역률보상 및 평활부(1300)로부터 출력되는 직류를 스위칭하여 양측에 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프를 점등시키기 위한 교류를 출력하는 스위칭부(1400);
디밍신호 입력부(1900)로부터 제공되는 디밍신호에 따라 상기 형광램프의 조도를 조절하기 위한 디밍신호를 발생하는 디밍신호 발생부(1600);
상기 디밍신호 입력부(1900)로부터 제공되는 디밍신호에 따라 상기 역률보상 및 평활부(1300)로 온/오프 신호를 제공하여, 상기 디밍신호가 상기 형광램프를 소등하기 위한 신호인 경우 상기 역률보상 및 평활부(1300)가 직류 출력을 차단하도록 하는 온/오프 신호 발생부(1500);
상기 디밍신호 발생부(1600)로부터 제공되는 디밍신호에 따라 스위칭 신호를 제어하여 상기 스위칭부(1400)로 제공하는 스위칭 신호 발생부(1800); 및
상기 스위칭부(1400)의 출력을 위한 스위칭에 따른 전류를 감지하여 상기 스위칭 신호 발생부(1800)로 제공해서 상기 스위칭 신호 발생부(1800)가 상기 스위칭부(1400)의 출력을 위한 스위칭에 따른 전류에 의거해서 스위칭 신호를 제어하여 상기 스위칭부(1400)로 제공하도록 해서 상기 스위칭부(1400)가 정격전류를 출력하도록 하는 전류 감지부(1700);
를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기{CERAMIC POLES FLUORESCENT LAMP TYPE ELECTRONIC BALLAST USING DIMING CERAMIC-GLASS COMPOSITE ELECTRODE}
본 발명은 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프(Ceramic Poles Fluorescent Lamp; CPFL)용 디밍용 전자식 안정기에 관한 것으로, 특히 형광램프의 불평형 점등을 없애고 형광램프 파손에 따른 사고 회피가 가능하도록 하며 고역률을 구현할 수 있는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기에 관한 것이다.
최근 급속한 경제 발전을 이루면서 경관 조명, 광고 조명 및 실내,실외 조명 시장이 늘어나며 계속 늘어나며 계속 발전해가고 있는 추세이다.
근래에 환경에 대한 관심과 규제가 세계적으로 이루어지고 있으며 이에 따라 조명시장에서도 에너지 절감 및 환경오염이 거의 없는 새로운 조명 트랜드로 바뀌는 실정이다.
세라믹-유리질 복합체 전극 및 자발분극을 갖는 강유전체 전극을 사용한 형광램프는 이러한 조명시장에 새롭게 출시될 형광램프로 기존의 형광램프의 단점을 보완하는 형광램프로 진공방전관내의 플라즈마 이온이나 수은 이온, 전자 등의 충돌시 발생하는 2차 전자의 방출량을 극대화하여 기존의 형광램프보다 높은 휘도를 발생시키는 형광램프이다.
이 형광램프의 전극은 세라믹-유리질 복합체 및 자발분극을 갖는 강유전체로, 외부 전극 형광램프보다 높은 유전율을 가지고 있으며, 저온에서도 유전율의 변화가 거의 없어 저온 점등시 기존 형광램프에 비해 안정적으로 점등되고 및 형광램프의 조도를 조절하기 위한 디밍을 할 수 있다. 또한 크기별 제작에 어려움이 없어서 백화점, 호텔, 병원, 극장, 연회장 등에서 실내 인테리어용 직/간접 조명으로 사용이 적합하다.
이와 관련하여, 도 1은 종래의 기술에 따른 과전압 보호회로를 갖는 형광등용 전자식 안정기의 일 실시 예를 나타낸 회로도이다.
동 도면에 있어서, 먼저 정류 및 평활부(100)는 회로를 서지전압으로부터 보호하기 위한 퓨즈(F1)를 통해 교류 전원을 입력한다.
정류 및 평활부(100) 내의 잡음제거회로(LTA1, LTB1, C1, C2, C3)는 퓨즈(F1)를 통해 입력되는 교류 전원의 잡음 성분을 필터링시켜 브리지 회로(D1, D2, D3, D4)로 제공한다.
브리지 회로(D1, D2, D3, D4)는 잡음제거회로(LTA1, LTB1, C1, C2, C3)를 통해 제공되는 교류 전원을 전파정류하여 캐패시터(C5)의 양단으로 제공한다.
캐패시터(C5)는 브리지 회로(D1, D2, D3, D4)로부터 제공되는 전파정류된 전원에서 리플 성분을 제거하여 직류를 출력해서 충전부(150)로 제공한다.
충전부(150) 내의 캐패시터(C12)는 코일(BT1) 및 다이오드(D10, D11)를 통해 캐패시터(C5)로부터 제공되는 직류를 충전한다.
고주파구동부(200)는 캐패시터(C12)로부터 제공되는 직류를 제공받아 구동하는 것으로, 하프브리지 방식으로 구성된 제1위칭부(210), 제2스위칭부(220) 및 형광등(400)을 포함한다.
이와 같은 제1 스위칭부(210)는 제1 스위칭트랜지스터(Q1) 및 제1 스위칭트랜지스터(Q1)의 베이스구동회로(R1, R5, R6, C9)를 포함한다.
제2 스위칭부(220)는 제2 스위칭트랜지스터(Q2), 제2 스위칭트랜지스터(Q2)의 베이스구동회로(R2, R7, R8, C10) 및 스위칭동작의 개시를 위한 시동회로(DIAC, C8)를 포함한다.
제1, 제2 스위칭부(210, 210)의 각 베이스구동회로(R1, R5, R6, C9)(R2, R7, R8, C10)는 변압기(LT2)에 의해 자기적으로 결합된다.
RC회로(R3, C4)는 충전부(150)로부터 제공되는 직류 전원을 스위칭전압으로 제공한다.
제1, 제2 스위칭부(210, 220)는 고주파로 스위칭동작하면서 충전부(150)로부터 제공되는 직류 전원을 고주파수로 유도함으로써 형광등(400)으로 제공되는 전력의 효율을 높여준다.
캐패시터(C6, C7, C8)는 형광등(400)으로 전달되는 전류에 의한 형광등(400)의 충격을 완화시킨다.
형광등(400)과 변압기(LT2) 사이에 유도코일(PT1)이 접속됨에 따라 고주파스위칭 과정에서 변압기(LT2)와 유도코일(PT1)간의 상호유도에 의해 형광등(400)으로의 제공되는 전력의 효율이 높아진다. 이때 고주파구동부(200)의 출력단자(T1, T2)는 형광등(400)의 양측에 각각 접속된다.
한편, 과전압 보호회로(300)는 형광등(400)의 양측에 1차권선이 연결된 변압기(LT3)를 포함한다.
2배압정류회로(310)는 변압기(LT3)의 2차권선측에 접속된 다이오드(D12, D13) 및 캐패시터(C16, C17)로 구성된다.
변압기(LT3)와 형광등(400)의 단자(T4)의 공통접점과 2배압정류 및 평활부(310)의 저압측 사이에는 저항(R12, R13)과 스위칭소자인 SCR(silicon controlled rectifier)(Q3)이 직렬로 연결된다.
SCR(Q3)의 애노드는 단자(T4)의 공통접점에 연결되고 캐소드는 2배압정류 및 평활부(310)의 저압측에 연결된다. SCR(Q3)의 게이트와 2배압정류 및 평활부(310)의 고압측 사이에는 스위칭제어부(R9, R10, R11, R14, R15, ZD1, C14, C15)가 연결된다.
한편, SCR(Q3)의 애노드는 역전류방지를 위한 다이오드(D14)를 통해 제2 스위칭부(220)의 스위칭트랜지스터(Q2)의 베이스에 연결됨과 동시에 다이액(DIAC)과 시동전압을 공급하기 위한 캐패시터(C8)의 공통접점에 연결된다.
이와 같은 종래의 기술은 형광등(400)에 일정시간 이상의 과전압이 계속 인가되면 안정기의 동작을 셧다운시켜 형광등(400)과 안정기의 손상을 방지할 수 있는 보호회로를 구비하고 있다. 이때 사용자가 새 형광등으로 교체하면 SCR(Q3)은 정상동작상태로 리셋된다.
그러나 이와 같은 종래의 기술에 있어서는 디밍 기능을 위해 외부의 교류 전원을 직접 제어하는 방법을 많이 사용하고 있는데, 이때 불필요한 전력 손실이 발생되고 인버터회로의 고장 원인이 되는 결점이 있다.
또한, 이와 같은 종래의 기술에 따른 안정기는 보호회로를 구비하고 있으나 고가의 SCR(Q3)을 사용하기 때문에 원가가 상승하며, 철손과 동손에 의해 효율이 낮고 정류 및 평활부(100)에서 발생되는 불연속 피크에 의해 역률이 낮다.
본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 형광램프의 불평형 점등을 없애고 형광램프 파손에 따른 사고 회피가 가능하도록 하며 고역률을 구현할 수 있는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기를 제공하는데 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 형태에 따르면,
입력되는 교류 전원에서 전자파를 제거하여 출력하는 전자파 필터(1100);
상기 전자파 필터(1100)로부터 출력되는 전자파가 제거된 교류 전원을 정류하여 출력하는 정류부(1200);
상기 정류부(1200)로부터 출력되는 교류 전원의 전압과 전류의 위상차의 역률을 보상하고 평활하여 직류를 출력하는 역률보상 및 평활부(1300);
상기 역률보상 및 평활부(1300)로부터 출력되는 직류를 스위칭하여 양측에 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프를 점등시키기 위한 교류를 출력하는 스위칭부(1400);
디밍신호 입력부(1900)로부터 제공되는 디밍신호에 따라 상기 형광램프의 조도를 조절하기 위한 디밍신호를 발생하는 디밍신호 발생부(1600);
상기 디밍신호 입력부(1900)로부터 제공되는 디밍신호에 따라 상기 역률보상 및 평활부(1300)로 온/오프 신호를 제공하여, 상기 디밍신호가 상기 형광램프를 소등하기 위한 신호인 경우 상기 역률보상 및 평활부(1300)가 직류 출력을 차단하도록 하는 온/오프 신호 발생부(1500);
상기 디밍신호 발생부(1600)로부터 제공되는 디밍신호에 따라 스위칭 신호를 제어하여 상기 스위칭부(1400)로 제공하는 스위칭 신호 발생부(1800); 및
상기 스위칭부(1400)의 출력을 위한 스위칭에 따른 전류를 감지하여 상기 스위칭 신호 발생부(1800)로 제공해서 상기 스위칭 신호 발생부(1800)가 상기 스위칭부(1400)의 출력을 위한 스위칭에 따른 전류에 의거해서 스위칭 신호를 제어하여 상기 스위칭부(1400)로 제공하도록 해서 상기 스위칭부(1400)가 정격전류를 출력하도록 하는 전류 감지부(1700);
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 역률보상 및 평활부(1300)는,
상기 정류부(1200)로부터 입력되는 정류된 교류 전원을 분압하는 입력전압 분압부(1309);
출력 전압을 분압하는 출력전압 분압부(1308);
출력측과 접지측 사이를 스위칭하는 역률보상 스위치(1302)의 접지측 단자와 접지 사이에 연결되어 전류를 검출하여 검출된 전류에 비례하는 전압을 출력하는 분류부(1303);
상기 입력전압 분압부(1309)로부터 단자(MI)를 통해 제공되는 분압된 전원, 상기 출력전압 분압부(1308)로부터 단자(VF)를 통해 제공되는 분압된 전압, 상기 분류부(1303)로부터 단자(CSI)를 통해 제공되는 전류 및 입력측과 출력측 사이에 접속된 역률보상 인덕터(1301)로부터 영전류 검출단자(ZCDI)를 통해 제공되는 전류를 기초로 하여 상기 역률보상 스위치(1302)의 스위칭동작을 단자(DO)를 통해 제어해서 입력측 교류 전압과 전류의 위상이 동일하게 되도록 하는 역률보상 집적회로(1306); 및
상기 온/오프 신호 발생부(1500)로부터 전송된 신호에 대응하는 신호를 상기 영전류 검출단자(ZCDI)로 제공하는 포토커플러(1310);
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 역률보상 인덕터(1301)는 1차코일 및 2차코일로 구성되어, 1차코일은 입력측과 출력측 사이에 접속되고 2차코일에 흐르는 전류는 상기 영전류 검출단자(ZCDI)로 제공되는 것을 특징으로 한다.
상기 역률보상 스위치(1302)는 전계효과 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
상기 역률보상 집적회로(1306)는 상기 역률보상 스위치(1302)의 스위칭동작을 단자(DO)를 통해 역전류 방지부(1307)를 경유하여 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 역전류 방지부(1307)는 전류를 제한하는 저항(R) 및 역전류를 방지하는 다이오드(D)가 병렬로 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 포토커플러(1310)가 상기 영전류 검출단자(ZCDI)로 직류를 제공하는 경우 상기 역률보상 집적회로(1306)는 상기 역률보상 스위치(1302)의 스위칭동작을 정지시키는 것을 특징으로 한다.
상기 디밍신호 입력부(1900)는,
디밍신호 입력단자(1903)를 통해 PWM디밍신호를 입력 받아 이에 대응하는 PWM디밍신호를 출력하는 포토커플러(1901); 및
상기 포토커플러(1901)로부터 제공되는 PWM디밍신호를 적분 평활하여 선형적인 디밍신호를 만들어서 상기 온/오프 신호 발생부(1500) 및 상기 디밍신호 발생부(1600)로 제공하는 PWM파형 적분부(1902);
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 온/오프 신호 발생부(1500)는,
비반전 단자로 제공되는 상기 PWM파형 적분회로(1902)의 선형적인 신호와 반전 단자로 제공되는 기준전압 설정부(1502)의 기준전압의 전압차를 비교하는 차동비교 증폭기(1501); 및
상기 차동비교 증폭기(1501)의 출력에 대응하는 신호를 각각 만들어 상기 포토커플러(1310) 및 상기 스위칭신호 발생부(1800)로 각각 제공하여, 상기 스위칭신호 발생부(1800)가 스위칭 신호를 제어하도록 하는 제1, 제2 포토커플러(1503, 1504);
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 디밍신호 발생부(1600)는,
상기 PWM파형 적분부(1902)로부터 제공되는 선형적인 신호에 따라 분압하는 디밍량 분압부(1602);
비반전 단자로 제공되는 상기 디밍량 분압부(1602)의 분압된 전압과 반전 단자로 전압 평활부(1603)를 거쳐 제공되는 상기 스위칭부(1400)에서 검출된 형광램프 전류에 따른 전압의 전압차를 비교하여 연산 적분하는 차동비교 증폭기(1601);
상기 차동비교 증폭기(1601)의 출력에 대응하는 신호를 출력하는 포토 커플러(1605); 및
상기 포토 커플러(1605)의 출력을 받아 디밍주파수를 변환하여 상기 스위칭신호 발생부(1800)로 제공해서 상기 스위칭신호 발생부(1800)가 형광램프 구동 주파수를 선형적으로 제어하여 형광램프의 조도가 구동 주파수에 비례하는 선형적 디밍이 되도록 하는 디밍주파수 변환부(1604);
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스위칭부(1400)는,
전원과 접지측 사이에 직렬 연결되어 상기 스위칭 신호 발생부(1800)의 제어에 의해 스위칭하는 상부 스위치(1401) 및 하부 스위치(1402);
상기 하부 스위치(1402)의 접지측 단자와 접지 사이에 연결되어 상기 상부 스위치(1401) 및 하부 스위치(1402)의 스위칭에 따른 전류에 비례하는 전압을 설정하여 상기 디밍신호 발생부(1600) 및 상기 전류 감지부(1700)로 제공하는 전류 감지부(1403); 및
상기 상부 스위치(1401) 및 하부 스위치(1402)의 연결 부분에 일단이 연결되고 상기 형광램프를 구동시키기 위한 복권형 고압트랜스에 타단이 연결된 출력 커패시터(1404);
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 스위치(1401) 및 하부 스위치(1402)는 전계효과 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전류 감지부(1700)는,
반전 단자로 제1 전압 평활부(1703)를 통해 제공되는 상기 전류 감지부(1403)의 전압과 비반전 단자로 제공되는 제1 기준전압 발생부(1702)의 기준전압의 차를 비교하여 증폭 적분해서 상기 전류 감지부(1403)의 전압이 상기 제1 기준전압 발생부(1702)의 기준전압 미만일 경우 두개의 다이오드가 병렬연결된 다이오드 앤드부(1708)를 통해 사이리스터(1707)의 게이트를 트리거하는 제1 차동비교 증폭기(1701);
비반전 단자로 제2 전압 평활부(1706)를 통해 제공되는 상기 전류 감지부(1403)의 전압과 반전 단자로 제공되는 제2 기준전압 발생부(1705)의 기준전압의 차를 비교하여 증폭 적분해서 상기 전류 감지부(1403)의 전압이 상기 제2 기준전압 발생부(1705)의 기준전압 이상일 경우 상기 다이오드 앤드부(1708)를 통해 상기 사이리스터(1707)의 게이트를 트리거하는 제2 차동비교 증폭기(1704); 및
상기 제1, 제2 차동비교 증폭기(1701, 1704)의 트리거에 따른 신호를 상기 스위칭신호 발생부(1800)로 제공하여 상기 스위칭신호 발생부(1800)가 상기 스위칭부(1400)의 구동을 정지시키도록 하는 사이리스터(1707);
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 정류부(1200)의 정류에서 발생되는 불연속 피크 전류에 의해 역률이 감소되는 것이 방지되는 효과가 있다.
또한, 디밍신호 발생부(1600)를 통한 디밍기능 구현 시 형광램프의 조도를 제어함으로써 전력손실을 방지할 수 있다.
또한, 역률보상 및 평활부(1300)를 사용하여 다양한 교류 전원에 대하여 능동적으로 역률을 보상할 수 있다.
또한, 스위칭부(1400)는 사용되는 형광램프의 수에 따라 출력 주파수를 변동함으로써 형광램프의 안정성이 높고 신뢰성이 높으며, 전류 감지부(1700)를 구비하여 형광램프의 파괴나 무부하 시 출력 측에 이상 전류가 인가되는 것이 방지된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 과전압 보호회로를 갖는 형광등용 전자식 안정기의 일 실시 예를 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기의 일 실시 예를 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 역률보상 및 평활부의 일 실시 예를 나타낸 회로도이다.
도 4는 도 2에 도시된 디밍신호 입력부, 디밍신호 발생부 및 온/오프 신호 발생부의 일 실시 예를 나타낸 회로도이다.
도 5는 도 2에 도시된 전류 감지부, 스위칭 신호 발생부 및 스위칭부의 일 실시 예를 나타낸 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기의 일 실시 예를 나타낸 블록도로, 전자파 필터(1100), 정류부(1200), 역률보상 및 평활부(1300), 스위칭부(1400), 온/오프 신호 발생부(1500), 디밍신호 발생부(1600), 전류 감지부(1700), 스위칭 신호 발생부(1800) 및 디밍신호 입력부(1900)로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명을 도 3 내지 도 5를 참조하여 보면 다음과 같다.
도 3은 도 2에 도시된 역률보상 및 평활부(1300)의 일 실시 예를 나타낸 회로도이고 도 4는 도 2에 도시된 디밍신호 입력부(1900), 디밍신호 발생부(1600) 및 온/오프 신호 발생부(1500)의 일 실시 예를 나타낸 회로도이며, 도 5는 도 2에 도시된 전류 감지부(1700), 스위칭 신호 발생부(1800) 및 스위칭부(1400)의 일 실시 예를 나타낸 회로도이다.
도 2 내지 도 5에 있어서, 먼저 전자파 필터(1100)는 입력되는 교류 전원에서 전자파를 제거하여 출력해서 정류부(1200)로 제공한다.
정류부(1200)는 전자파 필터(1100)로부터 출력되는 전자파가 제거된 교류 전원을 정류하여 출력해서 역률보상 및 평활부(1300)로 제공한다.
역률보상 및 평활부(1300)는 정류부(1200)로부터 출력되는 정류된 교류 전원의 전압과 전류의 위상차의 역률을 보상하고 평활하여 직류를 출력해서 스위칭부(1400)로 제공한다.
스위칭부(1400)는 역률보상 및 평활부(1300)로부터 출력되는 직류를 스위칭하여 양측에 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프를 점등시키기 위한 교류를 출력한다.
디밍신호 발생부(1600)는 외부에 별도로 구성된 디밍신호 입력부(1900)로부터 제공되는 디밍신호에 따라 형광램프의 조도를 조절하기 위한 디밍신호를 발생한다.
온/오프 신호 발생부(1500)는 디밍신호 입력부(1900)로부터 제공되는 디밍신호에 따라 역률보상 및 평활부(1300)로 온/오프 신호를 제공하여, 디밍신호가 형광램프를 소등하기 위한 신호인 경우 역률보상 및 평활부(1300)가 직류 출력을 차단시켜 불필요한 전원 손실을 막고 스위칭부(1400)가 안정적으로 보호되도록 한다.
스위칭 신호 발생부(1800)는 디밍신호 발생부(1600)로부터 제공되는 디밍신호에 따라 스위칭 신호를 제어하여 스위칭부(1400)로 제공한다.
전류 감지부(1700)는 스위칭부(1400)의 출력을 위한 스위칭에 따른 전류를 감지하여 스위칭 신호 발생부(1800)로 제공해서 스위칭 신호 발생부(1800)가 스위칭부(1400)의 출력을 위한 스위칭에 따른 전류에 의거해서 스위칭 신호를 제어하여 스위칭부(1400)로 제공하도록 해서 스위칭부(1400)가 정격전류를 출력하도록 한다.
여기서 전술된 역률보상 및 평활부(1300)의 일 실시 예를 도 3을 참조하여 보면, 먼저 입력전압 분압부(1309)는 정류부(1200)로부터 입력되는 정류된 교류 전원을 분압한다.
출력전압 분압부(1308)는 출력 전압을 분압한다.
분류부(1303)는 출력측과 접지측 사이를 스위칭하는 역률보상 스위치(1302)의 접지측 단자와 접지 사이에 연결되어 전류를 검출한다.
역률보상 집적회로(1306)는 입력전압 분압부(1309)로부터 단자(MI)를 통해 제공되는 분압된 전원, 출력전압 분압부(1308)로부터 단자(VF)를 통해 제공되는 분압된 전압, 분류부(1303)로부터 단자(CSI)를 통해 제공되는 전류 및 입력측과 출력측 사이에 접속된 역률보상 인덕터(1301)로부터 영전류 검출단자(ZCDI)를 통해 제공되는 전류를 기초로 하여 역률보상 스위치(1302)의 스위칭동작을 단자(DO)를 통해 제어해서 입력측 교류 전압과 전류의 위상이 동일하게 되도록 한다. 이때 역률보상 인덕터(1301)는 1차코일 및 2차코일로 구성되어, 1차코일은 입력측과 출력측 사이에 접속되고 2차코일에 흐르는 전류는 영전류 검출단자(ZCDI)로 제공된다. 역률보상 스위치(1302)는 전계효과 트랜지스터로 이루어진다. 역률보상 집적회로(1306)는 역률보상 스위치(1302)의 스위칭동작을 단자(DO)를 통해 역전류 방지부(1307)를 경유하여 제어한다. 역전류 방지부(1307)는 전류를 제한하는 저항(R) 및 역전류를 방지하는 다이오드(D)가 병렬로 연결되어 이루어진다.
즉, 역률보상 스위치(1302)는 역률보상 집적회로(1306)의 제어에 따라 온되면 역률보상 인덕터(1301)의 출력측 전류를 드레인단자, 소스단자 및 분류부(1303)를 차례로 통해 접지시킨다.
이에 반하여 역률보상 스위치(1302)가 역률보상 집적회로(1306)의 제어에 따라 오프되면 역률보상 인덕터(1301)의 출력측 전류는 정류다이오드(1304)를 거쳐 평활커패시터(1305)에 제공되고 평활커패시터(1305)는 평활된 직류 전압을 스위칭부(1400)로 안정적으로 공급하게 된다.
포토커플러(1310)는 온/오프 신호 발생부(1500)로부터 전송된 신호에 대응하는 신호를 역률보상 집적회로(1306)의 영전류 검출단자(ZCDI)로 제공한다. 이때 포토커플러(1310)가 영전류 검출단자(ZCDI)로 직류를 제공하는 경우 역률보상 집적회로(1306)는 역률보상 스위치(1302)의 스위칭동작을 정지시켜 회로가 안정되고 무부하 손실이 방지되도록 한다.
한편, 역률보상 집적회로(1306)의 동작 전원은 별도의 직류 전원 공급장치에 의해 공급된다.
전술된 디밍신호 입력부(1900), 디밍신호 발생부(1600) 및 온/오프 신호 발생부(1500)의 일 실시 예를 도 4를 참조하여 보면, 먼저 외부에 설정된 디밍신호 입력부(1900) 내의 포토커플러(1901)는 디밍신호 입력단자(1903)를 통해 PWM디밍신호를 입력 받아 이에 대응하는 PWM디밍신호를 PWM파형 적분부(1902)로 제공한다.
PWM파형 적분부(1902)는 포토커플러(1901)로부터 제공되는 PWM디밍신호를 적분 평활하여 선형적인 디밍신호를 만들어서 온/오프 신호 발생부(1500) 및 디밍신호 발생부(1600)로 제공하여 형광램프의 조도 및 온/오프가 제어되도록 한다. 이때 디밍신호 발생부(1600)는 별도의 전원공급장치로부터 전원을 공급받아 구동한다.
온/오프 신호 발생부(1500) 내의 차동비교 증폭기(1501)는 비반전 단자로 제공되는 PWM파형 적분회로(1902)의 선형적인 신호와 반전 단자로 제공되는 기준전압 설정부(1502)의 기준전압의 전압차를 비교한다.
제1, 제2 포토커플러(1503, 1504)는 차동비교 증폭기(1501)의 출력에 대응하는 신호를 각각 만들어 역률보상 및 평활부(1300) 내의 포토커플러(1310) 및 도 5에 도시된 스위칭신호 발생부(1800) 내의 스위칭신호 발생집적회로(IRF2153)(1801)의 단자(CT)로 각각 제공하여, 스위칭신호 발생집적회로(1801)의 주파수 발생 동작을 제어한다. 따라서 스위칭신호 발생집적회로(1801)는 출력단자(HO, LO)를 통해 스위칭부(1400) 내에서 출력측과 접지측에 직렬로 연결된 상부, 하부 스위치(1401, 1402)의 스위칭동작을 제어하여 스위칭부(1400)의 출력측에 설치된 형광램프가 점등 또는 소등되도록 한다.
디밍신호 발생부(1600) 내의 디밍량 분압부(1602)는 PWM파형 적분부(1902)로부터 제공되는 선형적인 신호에 따라 분압한다.
차동비교 증폭기(1601)는 비반전 단자로 제공되는 디밍량 분압부(1602)의 출력과 반전 단자로 전압 평활부(1603)를 거쳐 제공되는 형광램프 전류 감지용 전류 감지부(1403)의 출력의 전압차를 비교하여 연산 적분하여 포토 커플러(1605)로 제공한다.
포토 커플러(1605)는 차동비교 증폭기(1601)의 출력에 대응하는 신호를 출력한다.
디밍주파수 변환부(1604)는 포토 커플러(1605)의 출력을 받아 디밍주파수를 변환하여 스위칭신호 발생부(1800) 내의 스위칭신호 발생집적회로(1801)의 단자(CT)로 제공해서 발생집적회로(1801)가 형광램프 구동 주파수를 선형적으로 제어하여 형광램프의 조도가 구동 주파수에 비례하는 선형적 디밍이 되도록 한다. 이때 포토커플러(1605)의 출력은 디밍주파수 변환부(1604) 내의 트랜지스터(Q) 베이스 단자로 달링턴 결선되고 트랜지스터(Q) 콜렉터 단자는 커패시터(C)에 연결된다.
전술된 전류 감지부(1700), 스위칭 신호 발생부(1800) 및 스위칭부(1400)의 일 실시 예를 도 5를 참조하여 보면, 먼저 스위칭신호 발생부(1800) 내에 스위칭 신호 발생을 위해 하프브리지 컨버터를 구성했고 주파수 발생 회로가 내장된 스위칭신호 발생집적회로(1801)를 구성하였다.
즉, 스위칭부(1400)는 상부 스위치(1401) 및 하부 스위치(1402)가 직렬 연결되어 이루어지는 하프브리지를 형성한다. 이때 상부 스위치(1401) 및 하부 스위치(1402)는 전계효과 트랜지스터로 이루어지고 하부 스위치(1402)의 접지측 단자와 접지 사이에는 전류 감지부(1403)가 구성된다.
이와 같은 스위칭부(1400)의 하프브리지 출력은 출력 커패시터(1404)를 거쳐 형광램프 등기구 내에 장착된 복권형 고압트랜스(도면 중에 도시되지 않음)의 1차측에 연결된다.
즉, 하부 스위치(1402)의 소스에 형광램프 전류를 감지하는 전류 감지부(1403)가 설치되어 형광램프 전류에 비례하는 전압을 설정하여 전류 감지부(1700), 디밍신호 발생부(1600) 및 온/오프 신호 발생부(1500)로 제공한다. 이때 스위칭 신호 발생부(1800) 및 전류 감지부(1700)의 동작 전원은 별도의 직류 전원 공급장치에 의해 제공된다.
스위칭 신호 발생부(1800) 내의 스위칭신호 발생집적회로(1801)에 구비된 단자(RT)에 저항과 가변저항기가 직렬로 연결되고 스위칭신호 발생집적회로(1801)의 단자(CT)에 연결된 커패시터의 전류를 조정하여 스위칭 주파수 주기를 제어한다.
즉, 발생집적회로(1801)의 단자(CT)에 연결된 커패시터는 충전 전류에 비례하여 충전 및 방전함에 따른 발진을 하여 디밍 주파수를 만들고 이 디밍 주파수는 발생집적회로(1801)의 출력단자(HO, LO)로 출력되어 스위칭부(1400) 내의 상부, 하부 스위치(1401, 1402))의 게이트 단자로 각각 공급되며, 상부 스위치(1401)의 드레인 단자는 역률보상 및 평활부(1300)의 정류다이오드(1304) 케소드 단자와 평활커패시터(1305)에 연결되어 안정적인 전압을 공급 받는다.
상부 스위치(1401)의 소스단자는 하부 스위치(1402)의 드레인 단자와 출력커패시터(1404)의 일단에 연결되어 하프브리지 동작을 하며, 출력커패시터(1404)의 다른단은 형광램프 등기구 내에 장착된 복권형 고압 트랜스 1차코일측에 연결되어 형광램프의 조도가 제어된다.
하부 스위치(1402)의 소스단자는 전류 감지부(1403)를 통해 접지된다.
전류 감지부(1403)는 형광램프에 인가되는 전류를 분류하여 전류에 비례하는 전압을 형성해서 단자(CF)를 통해 디밍신호 발생부(1600) 및 전류 감지부(1700)로 인가한다.
이와 같은 전류 감지부(1700)는 스위칭부(1400)의 단자(CF)로부터 스위칭에 따른 전류에 비례하는 전압을 공급받아 제1, 제2 차동비교 증폭기(1701, 1704)를 사용해서 저전류와 과전류를 검출하여 형광램프 부하의 이상을 검출해서 회로의 안정성을 확보하는데 목적이 있다.
먼저 저전류 검출은 형광램프의 개방을 검출하기 위한 것이다.
제1 차동비교 증폭기(1701)는 반전 단자로 제1 전압 평활부(1703)를 통해 제공되는 전류 감지부(1403)의 전압과 비반전 단자로 제공되는 제1 기준전압 발생부(1702)의 기준전압의 차를 비교하여 증폭 적분해서 전류 감지부(1403)의 전압이 제1 기준전압 발생부(1702)의 기준전압 미만일 경우 두개의 다이오드가 병렬연결된 다이오드 앤드부(1708)를 통해 사이리스터(1707)의 게이트를 트리거한다.
다음 과전류 검출은 형광램프에 과전류가 흐르는 것을 방지하며, 형광램프에 이상 전류 또는 안정기의 정격 이상의 전류가 흐를 경우 안정기를 보호하기 위한 것이다.
제2 차동비교 증폭기(1704)는 비반전 단자로 제2 전압 평활부(1706)를 통해 제공되는 전류 감지부(1403)의 전압과 반전 단자로 제공되는 제2 기준전압 발생부(1705)의 기준전압의 차를 비교하여 증폭 적분해서 전류 감지부(1403)의 전압이 제2 기준전압 발생부(1705)의 기준전압 이상일 경우 다이오드 앤드부(1708)를 통해 사이리스터(1707)의 게이트를 트리거한다.
사이리스터(1707)는 제1, 제2 차동비교 증폭기(1701, 1704)의 트리거에 따라 온/오프 신호 발생부(1500) 내의 제2 포토커플러(1504)를 동작시켜 제2 포토커플러(1504)는 트리거에 따른 신호를 스위칭신호 발생부(1800) 내의 스위칭신호 발생집적회로(1801)의 단자(CT)로 제공한다. 따라서 스위칭신호 발생집적회로(1801)는 스위칭부(1400)의 스위칭동작을 정지시켜 형광램프를 소등함으로써 형광램프의 이상이나 형광램프의 개방 상태를 검출하여 안정성을 확보한다.
이와 같은 본 발명은 정류부(1200)의 정류에서 발생되는 불연속 피크 전류에 의해 역률이 감소되는 것이 방지되는 장점이 있다.
또한, 디밍신호 발생부(1600)를 통한 디밍기능 구현 시 형광램프의 조도를 제어함으로써 전력손실을 방지할 수 있다.
또한, 역률보상 및 평활부(1300)를 사용하여 다양한 교류 전원에 대하여 능동적으로 역률을 보상할 수 있다.
또한, 스위칭부(1400)는 사용되는 형광램프의 수에 따라 출력 주파수를 변동함으로써 형광램프의 안정성이 높고 신뢰성이 높으며, 전류 감지부(1700)를 구비하여 형광램프의 파괴나 무부하 시 출력 측에 이상 전류가 인가되는 것이 방지된다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
1100: 전자파 필터 1200: 정류부
1300: 역률보상 및 평활부 1400: 스위칭부
1500: 온/오프 신호 발생부 1600: 디밍신호 발생부
1700: 전류 감지부 1800: 스위칭 신호 발생부
1900: 디밍신호 입력부

Claims (13)

  1. 입력되는 교류 전원에서 전자파를 제거하여 출력하는 전자파 필터(1100);
    상기 전자파 필터(1100)로부터 출력되는 전자파가 제거된 교류 전원을 정류하여 출력하는 정류부(1200);
    상기 정류부(1200)로부터 출력되는 교류 전원의 전압과 전류의 위상차의 역률을 보상하고 평활하여 직류를 출력하는 역률보상 및 평활부(1300);
    상기 역률보상 및 평활부(1300)로부터 출력되는 직류를 스위칭하여 양측에 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프를 점등시키기 위한 교류를 출력하는 스위칭부(1400);
    디밍신호 입력부(1900)로부터 제공되는 디밍신호에 따라 상기 형광램프의 조도를 조절하기 위한 디밍신호를 발생하는 디밍신호 발생부(1600);
    상기 디밍신호 입력부(1900)로부터 제공되는 디밍신호에 따라 상기 역률보상 및 평활부(1300)로 온/오프 신호를 제공하여, 상기 디밍신호가 상기 형광램프를 소등하기 위한 신호인 경우 상기 역률보상 및 평활부(1300)가 직류 출력을 차단하도록 하는 온/오프 신호 발생부(1500);
    상기 디밍신호 발생부(1600)로부터 제공되는 디밍신호에 따라 스위칭 신호를 제어하여 상기 스위칭부(1400)로 제공하는 스위칭 신호 발생부(1800); 및
    상기 스위칭부(1400)의 출력을 위한 스위칭에 따른 전류를 감지하여 상기 스위칭 신호 발생부(1800)로 제공해서 상기 스위칭 신호 발생부(1800)가 상기 스위칭부(1400)의 출력을 위한 스위칭에 따른 전류에 의거해서 스위칭 신호를 제어하여 상기 스위칭부(1400)로 제공하도록 해서 상기 스위칭부(1400)가 정격전류를 출력하도록 하는 전류 감지부(1700);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 역률보상 및 평활부(1300)는,
    상기 정류부(1200)로부터 입력되는 정류된 교류 전원을 분압하는 입력전압 분압부(1309);
    출력 전압을 분압하는 출력전압 분압부(1308);
    출력측과 접지측 사이를 스위칭하는 역률보상 스위치(1302)의 접지측 단자와 접지 사이에 연결되어 전류를 검출하여 검출된 전류에 비례하는 전압을 출력하는 분류부(1303);
    상기 입력전압 분압부(1309)로부터 단자(MI)를 통해 제공되는 분압된 전원, 상기 출력전압 분압부(1308)로부터 단자(VF)를 통해 제공되는 분압된 전압, 상기 분류부(1303)로부터 단자(CSI)를 통해 제공되는 전류 및 입력측과 출력측 사이에 접속된 역률보상 인덕터(1301)로부터 영전류 검출단자(ZCDI)를 통해 제공되는 전류를 기초로 하여 상기 역률보상 스위치(1302)의 스위칭동작을 단자(DO)를 통해 제어해서 입력측 교류 전압과 전류의 위상이 동일하게 되도록 하는 역률보상 집적회로(1306); 및
    상기 온/오프 신호 발생부(1500)로부터 전송된 신호에 대응하는 신호를 상기 영전류 검출단자(ZCDI)로 제공하는 포토커플러(1310);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 역률보상 인덕터(1301)는 1차코일 및 2차코일로 구성되어, 1차코일은 입력측과 출력측 사이에 접속되고 2차코일에 흐르는 전류는 상기 영전류 검출단자(ZCDI)로 제공되는 것을 특징으로 하는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 역률보상 스위치(1302)는 전계효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 역률보상 집적회로(1306)는 상기 역률보상 스위치(1302)의 스위칭동작을 단자(DO)를 통해 역전류 방지부(1307)를 경유하여 제어하는 것을 특징으로 하는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 역전류 방지부(1307)는 전류를 제한하는 저항(R) 및 역전류를 방지하는 다이오드(D)가 병렬로 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 포토커플러(1310)가 상기 영전류 검출단자(ZCDI)로 직류를 제공하는 경우 상기 역률보상 집적회로(1306)는 상기 역률보상 스위치(1302)의 스위칭동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 디밍신호 입력부(1900)는,
    디밍신호 입력단자(1903)를 통해 PWM디밍신호를 입력 받아 이에 대응하는 PWM디밍신호를 출력하는 포토커플러(1901); 및
    상기 포토커플러(1901)로부터 제공되는 PWM디밍신호를 적분 평활하여 선형적인 디밍신호를 만들어서 상기 온/오프 신호 발생부(1500) 및 상기 디밍신호 발생부(1600)로 제공하는 PWM파형 적분부(1902);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 온/오프 신호 발생부(1500)는,
    비반전 단자로 제공되는 상기 PWM파형 적분회로(1902)의 선형적인 신호와 반전 단자로 제공되는 기준전압 설정부(1502)의 기준전압의 전압차를 비교하는 차동비교 증폭기(1501); 및
    상기 차동비교 증폭기(1501)의 출력에 대응하는 신호를 각각 만들어 상기 포토커플러(1310) 및 상기 스위칭신호 발생부(1800)로 각각 제공하여, 상기 스위칭신호 발생부(1800)가 스위칭 신호를 제어하도록 하는 제1, 제2 포토커플러(1503, 1504);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 디밍신호 발생부(1600)는,
    상기 PWM파형 적분부(1902)로부터 제공되는 선형적인 신호에 따라 분압하는 디밍량 분압부(1602);
    비반전 단자로 제공되는 상기 디밍량 분압부(1602)의 분압된 전압과 반전 단자로 전압 평활부(1603)를 거쳐 제공되는 상기 스위칭부(1400)에서 검출된 형광램프 전류에 따른 전압의 전압차를 비교하여 연산 적분하는 차동비교 증폭기(1601);
    상기 차동비교 증폭기(1601)의 출력에 대응하는 신호를 출력하는 포토 커플러(1605); 및
    상기 포토 커플러(1605)의 출력을 받아 디밍주파수를 변환하여 상기 스위칭신호 발생부(1800)로 제공해서 상기 스위칭신호 발생부(1800)가 형광램프 구동 주파수를 선형적으로 제어하여 형광램프의 조도가 구동 주파수에 비례하는 선형적 디밍이 되도록 하는 디밍주파수 변환부(1604);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭부(1400)는,
    전원과 접지측 사이에 직렬 연결되어 상기 스위칭 신호 발생부(1800)의 제어에 의해 스위칭하는 상부 스위치(1401) 및 하부 스위치(1402);
    상기 하부 스위치(1402)의 접지측 단자와 접지 사이에 연결되어 상기 상부 스위치(1401) 및 하부 스위치(1402)의 스위칭에 따른 전류에 비례하는 전압을 설정하여 상기 디밍신호 발생부(1600) 및 상기 전류 감지부(1700)로 제공하는 전류 감지부(1403); 및
    상기 상부 스위치(1401) 및 하부 스위치(1402)의 연결 부분에 일단이 연결되고 상기 형광램프를 구동시키기 위한 복권형 고압트랜스에 타단이 연결된 출력 커패시터(1404);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 상부 스위치(1401) 및 하부 스위치(1402)는 전계효과 트랜지스터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 전류 감지부(1700)는,
    반전 단자로 제1 전압 평활부(1703)를 통해 제공되는 상기 전류 감지부(1403)의 전압과 비반전 단자로 제공되는 제1 기준전압 발생부(1702)의 기준전압의 차를 비교하여 증폭 적분해서 상기 전류 감지부(1403)의 전압이 상기 제1 기준전압 발생부(1702)의 기준전압 미만일 경우 두개의 다이오드가 병렬연결된 다이오드 앤드부(1708)를 통해 사이리스터(1707)의 게이트를 트리거하는 제1 차동비교 증폭기(1701);
    비반전 단자로 제2 전압 평활부(1706)를 통해 제공되는 상기 전류 감지부(1403)의 전압과 반전 단자로 제공되는 제2 기준전압 발생부(1705)의 기준전압의 차를 비교하여 증폭 적분해서 상기 전류 감지부(1403)의 전압이 상기 제2 기준전압 발생부(1705)의 기준전압 이상일 경우 상기 다이오드 앤드부(1708)를 통해 상기 사이리스터(1707)의 게이트를 트리거하는 제2 차동비교 증폭기(1704); 및
    상기 제1, 제2 차동비교 증폭기(1701, 1704)의 트리거에 따른 신호를 상기 스위칭신호 발생부(1800)로 제공하여 상기 스위칭신호 발생부(1800)가 상기 스위칭부(1400)의 구동을 정지시키도록 하는 사이리스터(1707);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹-유리질 복합체 전극을 사용한 형광램프용 디밍용 전자식 안정기.
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