KR19980019885U - 디지탈 콘트롤 전자식 안정기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전자식 안정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디지탈 방식에 의한 주파수 변조로 램프의 밝기를 자동 제어하는 디지탈 콘트롤 전자식 안정기에 관한 것이다.

이 디지탈 콘트롤 전자식 안정기는, 상용교류전원을 입력해서 정류하는 정류부와, 상기 정류수단에서 출력하는 정류전압의 크기에 관계없이 소정크기의 직류전압을 출력하는 역률개선부와, 주위 조도를 검출하는 센서부와, 상기 센서부에서 검출된 조도값을 입력하고, 입력된 값을 기준값을 비교해서 차신호에 따른 기본 주파수신호를 출력하는 디지탈제어수단과, 상기 디지탈제어수단에서 출력하는 기본 주파수신호를 입력하여, 램프를 구동시키기에 적절한 크기의 주파수신호로 체배시켜서 출력하는 PLL 회로부와, 상기 PLL 회로부에서 출력하는 주파수신호에 스위칭되어, 상기 역률개선부에서 인가하는 직류전압을 출력하는 인버터부와, 상기 인버터부의 출력을 램프로 전달하는 직렬공진부를 포함하여 구성한다.

Description

디지탈 콘트롤 전자식 안정기

제 1 도는 본 고안의 실시예에 따른 디지탈 콘트롤 전자식 안정기의 블럭도.

제 2 도는 제 1 도에 도시된 디지탈 콘트롤 신호부에서 출력되는 신호 파형의 예시도.

제 3 도는 정상 동작 상태에서 인버터부의 동작주파수 변화도.

제 4 도는 과부하 및 무부하시 인버터부의 동작주파수 변화도.

제 5 도는 PLL 회로부의 상세 블럭도.

제 6 도는 본 고안의 실시예에 따른 디지탈 콘트롤 전자식 안정기의 상세 회로도.

제 7 도는 제 6 도에 도시된 마이크로컴퓨터 및 PLL회로부의 상세회로도.

제 8 도는 다수개의 디지탈 콘트롤 전자식 안정기를 연결하고 있는 시스템 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 전자파방해억제 및 정류부2 : 역률개선부

3 : 인버터부4 : 직렬공진부

5 : 램프6 : 전압감지부

7 : 전류감지부8 : 램프감지부

9 : PLL 회로부10 : 마이크로컴퓨터

11 : 디지탈 콘트롤 신호부12 : 입력신호부

13 : 수광센서부16 : 위상비교기

17 : 저역통과필터18 : 전압제어발진기

19 : 주파수분주기

본 고안은 전자식 안정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디지탈 방식에 의한 주파수 변조로 램프의 밝기를 자동 제어하는 디지탈 콘트롤 전자식 안정기에 관한 것이다.

종래 안정기회로는 회로의 구성요소인 코일 및 콘덴서에 의해 결정된 값으로 램프 구동 발진주파수를 결정하는 자려식이다. 이 자력식 안정기는 고주파 함유율이 많음으로 인하여 주변 전자기기에 전파 방해를 일으킬 뿐만 아니라 주파수 변조에 제한점을 가지고 있다. 그래서 본 출원인은 자려식 안정기의 제한점을 개선하기 위하여 주파수 변조 방식을 선택하여 램프의 밝기를 제어하는 타려식 안정기 구동회로를 실용신안등록 제 083489 호에 제시하고 있다.

상기 실용신안등록 제 083489 호는 소정의 제어신호에 의하여 주파수 변화를 발생시켜서 공진전류를 제어하므로서 50-100% 범위까지 조광제어를 가능하게 하고 있음은 물론 초기 점등시 발진주파수의 변화에 다른 공진전류의 제어로 램프를 서서히 켜지게 하므로써 램프의 흑화현상 및 필라멘트의 단선을 방지해서 램프의 수명을 연장시키고 있다.

그러나 상기 실용신안등록 제 083489 호는 소정의 제어신호에 기초해서 발진주파수를 변조시키는 주파수 변조 방식을 채택하고는 있지만 아날로그 방식에 의하여 구현되고 있다.

즉, 자려식 발진에 의한 안정기회로는 고주파 함유율이 많음으로 인하여 근거리에 위치한 가전기기(텔레비젼, 비디오카세트레코더 등)에 전자파 방해와 잡음을 발생시키거나, 리모트(remote) 콘트롤 장비의 제어기능을 방해하는 문제점을 발생함과 동시에 주파수 변조에 많은 제한점을 가지고 있는 문제점이 노출되었고, 아날로그 방식에 의한 안정기회로는 정밀함에서 디지탈 방식에 의한 회로보다 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 본 고안의 목적은 디지탈 방식에 의한 주파수 변조로 램프의 밝기를 자동으로 제어할 수 있는 디지탈 콘트롤 전자식 안정기를 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은 외부에서 디지탈 제어신호를 입력받고 주파수를 변조시키는 타려식 발진에 의한 디지탈 콘트롤 전자식 안정기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 실시예에 따른 디지탈 콘트롤 전자식 안정기는, 상용교류전원을 입력해서 정류하는 정류부와, 상기 정류수단에서 출력하는 정류전압의 크기에 관계없이 소정크기의 직류전압을 출력하는 역률개선부와, 주위 조도를 검출하는 센서부와, 상기 센서부에서 검출된 조도값을 입력하고, 입력된 값과 기준값을 비교해서 차신호에 따른 기본 주파수신호를 출력하는 디지탈제어수단과, 상기 디지탈제어수단에서 출력하는 기본 주파수신호를 입력하여, 램프를 구동시키기에 적절한 크기의 주파수신호로 체배시켜서 출력하는 PLL 회로부와, 상기 PLL 회로부에서 출력하는 주파수신호에 스위칭되어 상기 역률개선부에서 인가하는 직류전압을 출력하는 인버터부와, 상기 인버터부의 출력을 램프로 전달하는 직렬공진부를 포함하여 구성한다.

본 고안의 실시예에 따른 디지탈 콘트롤 전자식 안정기는, 다양한 입력신호 및 램프 주위의 조도를 감지한 신호에 기초해서 동작하는 마이크로컴퓨터의 출력신호를 이용하여 램프로 인가되는 주파수를 변조시키는 방식으로 램프의 밝기를 자동 제어하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 고안은 범용 마이크로컴퓨터를 이용하므로서 디지탈 방식에 의하여 안정기회로를 구현함과 동시에, 램프로 인가되는 전압, 전류 및 램프의 점등 상태 등을 감지해서 마이크로컴퓨터로 인가하므로서, 상기 램프의 상태를 감시하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 고안은 상기 마이크로컴퓨터의 출력신호의 주파수 체배를 위하여 위상동기루프(Phase Locked Loop) 회로를 이용하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 고안의 실시예에 따른 디지탈 콘트롤 전자식 안정기에 대하여 상세하게 설명한다.

제 1 도는 본 고안의 실시예에 따른 디지탈 콘트롤 전자식 안정기의 블럭도이다.

구성요소의 접속관계를 살펴보면, 안정기에서 발생하는 전자파가 교류전원공급라인을 통해서 다른 회로로 전달되는 것을 억제하고, 입력전원을 전파 정류시켜서 출력하는 전자파장애억제 및 정류부(1)가 교류전원을 입력하는 입력단자에 연결된다.

그리고 상기 전자파장애억제 및 정류부(1)에서 출력되는 직류전원은, 입력전압이 100볼트에서 250볼트까지 변화해도 항상 직류 380볼트를 출력하도록 역률을 개선하는 역률개선부(2)로 입력된다.

상기 역률개선부(2)의 출력은 인버터부(3)로 입력되는데, 상기 인버터부(3)는 하기 설명되는 위상동기루프(이하 PLL 이라고 함)회로부(9)에서 출력하는 주파수신호에 의해 스위칭되어서, 상기 역률개선부(2)에서 인가되는 약 380 볼트의 스위칭 전압을 출력한다.

상기 인버터부(3)의 출력은 직렬공진부(4)로 입력되고, 상기 직렬공진부는 입력되는 신호의 주파수가 공진주파수에 가까울수록 램프(5)에 최대 전력을 공급하고, 공진주파수보다 높은 주파수일수록 램프(5)에 최소 전력을 공급하여 디밍(dimming) 제어를 수행한다.

상기 인버터부(3)에 스위칭 주파수신호를 인가하는 PLL 회로부(9)는, 마이크로컴퓨터(10)에서 출력하는 기본 주파수신호(수십 Hz에서 수백 Hz)를 입력해서 램프(5) 구동에 적당한 주파수(수십 KHz)로 체배시켜서 주파수신호를 출력한다. 따라서 상기 마이크로컴퓨터(10)에서 기본 주파수신호에 변화를 주면, 상기 PLL 회로부(9)에서 출력하는 주파수신호도 따라서 변하게 되어 디밍효과를 내는 것이다. 상기 PLL 회로부(9)의 상세 회로도는 제 5 도에 도시하고 있으며, 후단에서 설명한다.

그리고 상기 마이크로컴퓨터(10)는 타이머 인터럽트 기능을 내장한 범용 마이크로 컴퓨터를 사용해서 상기 타이머 인터럽트에서 설정된 시간 간격으로 기본 주파수 신호를 출력하도록 한다. 즉, 상기 마이크로컴퓨터(10)의 프로그램 상에서 타이머 인터럽트가 동작하는 시간 간격을 변경하므로서 출력되는 기본 주파수신호에 변화를 주어 램프의 디밍효과를 야기한다. 다시 말해서 타이머 인터럽트 발생시간 간격을 짧게 설정할수록 주파수는 높아지며 램프이 밝기는 어두워지고, 타이머 인터럽트 발생시간 간격을 길게 설정할수록 주파수는 낮아지며 램프는 밝아진다.

상기 마이크로컴퓨터(10)에 내장된 타이머 인터럽트는 설정된 시간 간격으로 정확하게 동작하므로 기본 주파수신호 출력단자용으로 선택된 마이크로컴퓨터의 출력 포트 중 하나의 포트에 인터럽트가 동작할 때마다 세트(set)상태(high voltage)와 리셋(reset)상태(low voltage)를 번갈아서 설정해 줌으로써 기본 주파수를 생성한다.

상기 마이크로컴퓨터(10)는 디지탈 콘트롤 신호부(11)에서 출력하는 디지탈 콘트롤 신호를 입력받아서 상기 설명의 기본 주파수신호를 출력하는데, 상기 디지탈 콘트롤 신호부(11)는 수광센서부(13)를 포함하고 있는 각종 신호입력부(12)에서 출력하는 다양한 입력신호 및 센서 감지신호에 따라서 제 2 도에 도시한 바와 같은 파형의 디지탈 신호를 출력한다.

상기 신호입력부(12)에 포함된 수광센서부(13)는 램프(5) 주위 조도를 검출해서 그 검출신호를 상기 디지탈 콘트롤 신호부(11)로 인가하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 수광센서부(13)에서 감지된 조도에 따라서 상기 디지탈 콘트롤 신호부(11)는 적절한 디지탈신호를 출력하고, 상기 출력되는 디지탈신호는 마이크로컴퓨터(10)로 입력되는 것이다.

그리고 제 1 도에 도시하고 있는 전압감지부(6)는 상기 램프(5) 수명 말기에 램프 양단 전압이 증가하는 것을 감지하고, 전류감지부(7)는 불활성 램프나 이상 램프가 안정기회로에 연결되었을때 전류가 증가하는 것을 감지하고, 램프감지부(8)는 일측 필라멘트가 오픈되었거나 무부하상태를 감지하며, 상기 감지된 모든 신호는 마이크로컴퓨터(10)로 입력되어서 본 고안의 안정기회로를 보호하게 된다.

다음은 상기와 같은 구성으로 접속하고 있는 본 고안의 실시예에 따른 디지탈 콘트롤 전자식 안정기의 동작에 대해서 설명한다.

먼저 상용 교류 전원이 처음 인가되거나, 또는 신호입력부(12)에서 램프를 점등시키기 위한 키 등이 선택되어 그 신호가 디지탈 콘트롤 신호부(11)로 입력되면, 상기 디지탈 콘트롤 신호부(11)는 입력신호에 따라 미리 마이크로컴퓨터에서 인지할 수 있도록 설정해 놓은 디지탈 콘트롤 신호로 변환시켜서 마이크로컴퓨터(10)로 출력한다.

상기 마이크로컴퓨터(10)는 상기 디지탈 콘트롤 신호부(11)에서 램프를 점등시키라는 신호가 인가되었을때, 램프(5)를 소프트 스타트 동작으로 점등시키기 위하여 제 3 도에 도시된 '시동구간'과 같이 동작주파수를 변화시킨다. 상기 '시동구간'의 동작 주파수는 최초에는 예열주파수(f1)가 약 0.5초 동안 램프(5)로 공급되다가 공진주파수(f0)로 약 0.3초 동안 공급되도록 제어되므로서 소프트 스타트 동작이 이루어진다.

즉, 마이크로컴퓨터(10)는 상기와 같이 동작주파수가 변화되도록 설정되어 있는 소프트웨어에 의해서 PLL 회로부(9)로 기준 주파수신호를 인가한다. 상기 기준 주파수신호를 입력한 PLL 회로부(9)는 램프(5) 구동에 적당한 주파수로 체배하여, 이 주파수신호를 기본주파수의 위상과 비교해서 위상차가 발생했을 경우 전압제어발진기의 제어에 의해 수십 KHz의 주파수로 가변해서 위상을 일치시킨 후, 안정된 주파수신호를 인버터부(3)로 공급한다.

이 과정이 수행되는 상태에서 전자파방해억제 및 정류부(1)를 통해서 입력되는 상용교류전원은 직류전원으로 정류되어서 역률개선부(2)로 입력되고, 상기 역률개선부(2)에서는 입력전원의 변화에 관계없이 항시 직류 380 볼트를 인버터부(3)로 공급한다.

상기 인버터부(3)는 상기 PLL 회로부(9)의 주파수신호에 의해서 스위칭 동작해서 상기 역률개선부(2)에서 인가하는 380 볼트의 직류전압을 직렬공진부(4)로 공급한다. 상기 인버터부(3)의 스위칭 동작에 의해서 발생되는 고주파는 교류전원 입력라인을 통해서 다른 기기(도시하지 않음) 등으로 전달되는 것을 억제하기 위한 기능은 상기 전자파방해억제 및 정류부(1)에서 수행된다.

상기와 같은 과정으로 직렬공진부(4)로 공급되는 소정 주파수신호의 직류전압은 램프(5)로 인가되어서 점등시의 소프트 스타트 동작이 이루어진다.

상기 과정에 의해서 램프(5)의 점등이 이루어진 다음에는 마이크로컴퓨터(10)의 제어동작에 따라서 램프의 디밍제어가 이루어지는데, 그 과정은 다음과 같이 수행된다.

먼저, 램프(5)의 점등이 이루어진 상태에서 수광센서부(13)는 주위 조도를 검출하고, 검출한 신호를 디지탈 콘트롤 신호부(11)로 출력한다. 즉, 상기 수광센서부(13)는 조도가 어둡고 밝은 상태 등을 검출하는 것으로, 일예로 햇빛 등에 의하여 조도가 밝은데도 램프의 밝기를 최대로 할 필요는 없으므로, 조도에 따라서 상기 램프(5)의 밝기 정도를 조절하기 위한 기초정보를 검출하는 것이다.

상기 수광센서부(13)에서 검출된 신호는 디지탈 콘트롤 신호부(11)로 입력되고, 상기 디지탈 콘트롤 신호부(11)는 입력되는 수광센서부(13)의 출력상태에 따른 디지탈 신호를 마이크로컴퓨터(10)로 출력한다. 이때 출력되는 디지탈신호의 예를 제 2 도에 보이고 있다.

즉, 소정시간 간격으로 마이크로컴퓨터(10)은 조도값에 따른 디지탈신호를 입력하고, 이 신호를 기준신호와 비교해서 비교치에 다른 주파수 조정을 위한 기준 주파수신호를 출력한다. 다시 말해서 조도값을 입력받아 기준값과 비교하여, 기준값보다 조도가 밝음에 해당하는 값이면 주파수를 높게 조정하여 조도를 어둡게 조정하거나 또는, 입력되는 조도값이 기준값보다 조도가 어두움에 해당하면 주파수를 공진주파수에 가깝게 조정하여 조도를 밝게 조정해주는 것이다. 그래서 주위 조도는 상기 마이크로컴퓨터(10)의 제어하에 항상 일정하게 유지되도록 제어되는 것이다.

상기와 같이 마이크로컴퓨터(10)의 제어하에 램프의 밝기가 최대가 되는 공진주파수(f0)에서 램프의 밝기가 최소가 되는 주파수(f2)에 이르기까지 계속적으로 주파수 변화가 이루어지는 상태를 제 3 도에서 '디밍구간'으로 표시하고 있다. 이 과정에서 상기 마이크로컴퓨터(10)에서 출력하는 기준주파수신호를 입력받은 PLL 회로부(9)에서 램프 구동에 적절한 주파수로 체배해서 램프(5)로 공급하는 것은 물론이다. 상기 '디밍 구간'에서의 램프 구동주파수는 256단계로 가변되며, 이 단계에 의해 연속적으로 디밍 제어가 가능하다.

그리고 제 3 도에 '소등구간'으로 도시되고 있는 부분에서와 같이, 램프의 소등시에도 소프트 다운(soft down) 동작이 이루어진다. 상기 '소등구간'의 마이크로컴퓨터(10) 제어 동작은 램프 소등 당시의 밝기에 해당하는 주파수에서 최소밝기가 되는 주파수로 변화하도록 하여 램프에 공급되는 전류를 충분히 작게 한 다음 주파수 공급을 차단하여 램프를 소등하도록 제어하는 것이다.

상기에서 이미 언급되고 있지만, 공진주파수가 램프로 공급될 때에는 램프는 가장 밝은 상태가 되면서 상기 램프로 공급되는 전력은 최대치가 된다. 그리고 최소 디밍시 주파수(f2)가 램프로 공급될 때는 램프는 최소 밝기가 되면서 공급되는 전력은 최소치가 되는 것이다.

한편, 상기 램프(5)로 공급되는 전류와 전압 및 램프의 상태 등을 감지하는 각 감지부(7, 6, 8)에서 이상상태 검출시, 검출신호는 마이크로컴퓨터(10)로 입력되고, 상기 마이크로컴퓨터(10)는 이상상태를 인지하면 제 4 도에 도시된 바와 같이 램프의 동작 주파수를 변화시킨다. 좀더 상세하게 설명하면, 전압과 전류에 의한 과부하상태에서는 약 10 초 동안 동작을 멈춘후, '시동구간'과 같은 주파수변화를 수행한다. 상기 '시동구간'과 같은 주파수 변조를 수행하여도 안정기회로가 정상적으로 동작을 수행하지 않으면, 다시 약 10 초 동안 동작을 멈춘 후 '시동구간'에서와 같은 주파수 변조를 수행한다.

그리고 램프감지부(8)의 검출신호에 의해서 램프가 실장되지 않았다고 인지되면, 최대주파수(f2)로 동작하는 '무부하구간'을 지속하고, 램프가 실장되거나 과부하상태에서 해지되면 마이크로컴퓨터(10)는 PLL 회로부(9)로 '시동구간'에 의한 기본 주파수 신호를 출력해서 램프를 점등시킨다.

다음은 제 5 도 PLL 회로부(9)에 대해서 설명한다. 상기 PLL 회로는 일반적인 위상동기루프회로로, 마이크로컴퓨터(10)에서 출력하는 기본 주파수신호와 전압제어발진기(18)에서 출력하는 위상차를 비교하는 위상비교기(16)와, 상기 위상비교기(16)의 신호를 필터링하는 저역통과필터(17)와, 램프 구동에 적당한 주파수 크기로 변조시키기 위해서 주파수를 체배시키는 전압제어발진기(18)와, 그리고 전압제어발진기(18)의 체배된 주파수를 기본주파수와 비교하기 위해 분주하는 주파수분주기(19) 등을 포함하고 있다.

즉, 상기 PLL 회로부(9)는 마이크로컴퓨터(10)에서 출력된 기본 주파수신호를 체배하여 수십 KHz의 주파수로 만들고, 이 주파수신호와 기본주파수의 위상을 비교하여 발생되는 위상차가 없도록 전압제어발진기에 의해 수십 KHz를 가변하므로써 위상을 일치시키는 것이다.

제 6 도는 지금까지 설명한 디지탈 콘트롤 전자식 안정기의 일실시예에 따른 상세 회로도를 도시하고 있고, 제 7 도는 제 6 도에 도시된 마이크로컴퓨터 및 PLL 회로부를 포함하는 블럭의 상세 회로도를 도시한다. 그리고 제 8 도는 다수개의 디지탈 콘트롤 전자식 안정기를 연결하고 있는 시스템 구성도를 보이고 있다. 제 8 도는 본 고안에 의한 디지탈 콘트롤 전자식 안정기(15a - 15d)를 다수개 연결하여 사용되고 있는 상태를 보이는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 고안의 실시예에 다른 디지탈 콘트롤 전자식 안정기는, 안정기 제어부에 마이크로컴퓨터를 이용하여 신뢰성을 향상시키는 디지탈 디밍제어를 구현하였으며, 또한 마이크로컴퓨터를 이용한 감시 기능을 부여해서 조명 제어 시스템에 적합하도록 하였다. 상기 마아크로컴퓨터의 제어 방식의 PLL 회로를 사용한 주파수 변조 방식을 채택해서 부드럽고 연속적인 디밍 제어를 수행하였다.

즉, 본 고안은 마이크로컴퓨터를 이용해서 조명의 질을 향상시키면서 실내 조도의 안정성과 사용의 편리성을 제공하며, 자동 디밍 제어를 수행할 수 있으므로서 에너지 절약을 극대화 시킬 수 있는 이점이 있다. 그리고 안정기의 고기능, 고효율화를 위해서 각종 외부입력신호에 의한 제어를 가능하도록 해서 사용의 편리성을 추구할 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 상용교류전원을 입력해서 정류하는 정류부와,

   상기 정류수단에서 출력하는 정류전압의 크기에 관계없이 소정크기의 직류전압을 출력하는 역률개선부와,

   주위 조도를 검출하는 센서부와,

   상기 센서부에서 검출된 조도값을 입력하고, 입력된 값을 기준값을 비교해서 차신호에 따른 기본 주파수신호를 출력하는 디지탈제어수단과,

   상기 디지탈제어수단에서 출력하는 기본 주파수신호를 입력하여, 램프를 구동시키기에 적절한 크기의 주파수신호로 체배시켜서 출력하는 PLL 회로부와,

   상기 PLL 회로부에서 출력하는 주파수신호에 스위칭되어, 상기 역률개선부에서 인가하는 직류전압을 스위칭 파형으로 출력하는 인버터부와,

   상기 인버터부의 출력을 램프로 전달하는 직렬공진부를 포함하여 구성되는 디지탈 콘트롤 전자식 안정기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 디지탈제어수단은, 상기 센서부에서 검출된 조도값을 입력해서 디지탈신호로 변환해서 출력하는 디지탈 콘트롤 신호부와,

   상기 디지탈 콘트롤 신호부의 출력을 입력하여 조도값에 따른 절절한 기본 주파수 신호를 출력하는 마이크로컴퓨터를 포함하여 구성하는 디지탈 콘트롤 전자식 안정기.
3. 제 2 항에 있어서,

   램프로 공급되는 전류를 감지하는 전류감지부와,

   램프로 공급되는 전압을 감지하는 전압감지부와,

   램프의 이상상태를 감지하는 램프감지부를 더 포함하고,

   상기 각 감지부의 검출신호를 마이크로컴퓨터에서 입력하여, 과부하상태 및 무부하상태 등을 인지해서 상기 램프로 인가되는 발진주파수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 디지탈 콘트롤 전자식 안정기.