KR19980020396A - 고역율 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로에 관한 것으로, 콤펙트 형광 램프용으로 실용화가 가능한 고역률 및 저고조파 함유율의 안정기를 제공하도록 한 것이다.

본 발명은 상용 전원에 포함된 노이저의 제거와 램프로부터 피드백되는 고주파 신호가 AC 라인에 미칠 영향의 방지 및 상용 입력단의 과전류 발생시 회로보호를 위한 퓨즈용 권선 저항을 포함하는 입력 필터부와, 램프의 수명의 향상 및 흑화현상의 개선을 위한 램프와 매칭된 정온도 특성 서미스터와 커패시터로 구성되는 램프 시동부와, 고역률 및 저고조파 함유율의 특성을 얻기 위한 직류 차단용 커패시터와 바이패스용 및 피드백 신호 안정용 커패시터에 의한 패드백부를 구비하여, 과전류로부터 회로를 보호하여 안전성을 높이고 램프의 수명을 더욱 향상시키며 고역률 및 저고조파 함유율의 특성으로 소비 전류를 감소시키고, 또한 그 구성 부품이 콤펙트에 적합하도록 선정하여, 에너지 이용 효율면이나 코스트 측면 및 콤펙트 실용화면에서 유용한 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로가 제공된다.

Description

고역율 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로

본 발명은 형광 램프용 안정기 회로에 관한 것으로, 보다 더 상세하게는 가정이나 상가 등에서 널리 사용되고 있는 콤펙트 형광 램프의 고역률화 및 저고조파 함유율이 제공하도록 한 고역율 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로에 관한 것이다.

일반적으로 형광 램프는 경제성 및 전력의 효율적 이용을 위해 고역률의 안정기 설계는 필수적이라 할 수 있다.

이에 따라 일반용 형광 램프에서는 고역률용 IC를 사용하여 이를 해결하고 있으나, 이는 일반용의 형광 램프에 적합한 방법으로 콤펙트형 형광 램프에는 PCB의 크기가 한정되어 있어 장착이 불가능하다.

따라서 현재 시판되고 있는 콤펙트 형광 램프용 안정기는 저역률의 안정기이며, 오스람(OSRAM)의 안정기 회로(도2)는 이에 관한 것으로, 도2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

이 안정기 회로는 상용 전원부(20)와, 정현파 입력 전원을 전파 정류하는 정류부(21)와, 정류된 신호를 평활하는 평활용 커패시터(C20)와, 스위칭 트랜지스터(Q21,Q22)가 구동부(22)에 의해 자체 발진하여 평활된 직류 신호를 고주파의 구형파 신호로 변환하는 인버터부(23)와, 이 구형파를 특정 주파수의 정현파로 변환하여 램프(LAMP)로 인가하는 LC필터부(24)와, 램프의 시동시 부드러운 출발(Soft Strarting)을 위한 램프 시동부(25)로 구성된다.

이는 평활용 커패시터(C20)에서 평활된 전압이 리플성분을 포함하는 직류전압이므로 정류부(21)이 짧은 시간동안만 도통되어 입력 전류가 짧은 시간동안 높은 피크값으로 되어 전류파 고율이 높고 전류 고조파가 많이 발생하여 역률이 나빠지게 된다.

이를 개선하기 위해 역률 보상용 IC를 사용하게 되나, 전술한 바와 같이 콤펙트형에는 PCB크기의 제한으로 적용이 곤란하다.

역률을 개선하기 위한 다른 종래 기술로, 피드백 방법을 적용한 형광 램프용 안정기 회로가 있는데, 필립스(PHILIPS)의 안정기 회로(도3)는 이에 관한 것이다.

이를 도3을 참조하여 설명하면, 이 회로는 상용 전원부(30)와, 입력에 포함된 잡음의 제거와 피드백되는 신호의 입력 라인으로의 영향 제거를 위한 입력 필터부(31)와, 교류 신호를 전파 정류하여 평활 및 배압하는 정류배압부(32)와, 직류신호를 고주파수의 구형파신호로 변환하는 인버터부(34)와, 이 구형파 신호를 특정 주파수의 정현파 신호로 변환하여 램프(LAMP)로 인가하는 LC필터부(35)와, 램프의 시동시 부드러운 출발을 위한 램프 시동부(36) 및 램프의 출력으로부터 직류 차단용 커패시터(C30)을 경유하여 입력 필터부(31)로 피드백시키는 피드백부로 구성된다.

이 회로는 램프로부터 고주파수의 정현파 신호가 커패시터(C30)에 의해 직류 성분이 제거된 후 입력 필터부(31)로 피드백되어, 입력 필터부의 출력 신호와 합성되어 정류부가 고주파로 동작함으로써 입력 전류가 상용 전원과 같은 주파수의 정현파 전류로 흐르게 되어, 전류파 고율이 낮아지고 전류 고조파가 적게 발생하여 역률이 개선된다.

그러나, 이 회로 역시 부품의 구성상 콤펙트가 불가능하여 일반용 형광 램프용으로는 적용 가능하나 콤펙트 형광 램프용에는 부적합하다.

전술한 바와 같이 고역율 콤펙트 형광 램프용 안정기는 PCB 크기의 한정으로 인하여 고역률용 IC를 사용할 수 없어 저역률로 동작하므로 소비 전류가 많아 에너지 이용면에서 문제점이 있었고, 또한, 피드백을 구성하여 역률을 개선한 종래의 형광 램프용 안정기는 그 구성 부품의 구조상 콤펙트화가 곤란하고, 부품 원가의 상승으로 인하여 실용화되기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 종래의 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로는 상용 입력단의 과전류로부터 회로를 보호하는 수단이 없어 안정성에 문제점이 있었다.

또한, 종래의 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로는 램프의 필라멘트(Filament)의 큰 저항값으로 인하여 장기간 사용으로 램프가 검게 되는 흑화현상이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 그 주된 목적은 콤펙트 형광 램프용으로 실용화가 가능한 고역률 및 저고조파 함유율의 콤펙트 형광 램프용 안정기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상용 입력단에서의 과전류로부터 회로가 보호되는 콤펙트 형광 램프용 안정기의 제공에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 램프의 흑화현상이 개선되는 콤펙트 형광 램프용 안정기의 제공에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로는 직류 차단용 커패시터와 바이패스용 및 피드백 신호 안정용 커패시터에 의한 피드백부를 구비하여 고역률 및 저고조파 함유율의 특성을 가지고, 아울러 적절한 구성 부품으로 콤펙트화가 가능한 콤펙트 형광 램프용 안정기로 동작하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 안정기 회로는 전원 입력부에 입력 전원 안정용 권선 저항을 포함하는 입력 필터부를 구비하여 전원에 포함된 노이저를 제거하여 안정된 AC입력 전원으로 동작되도록 함과 아울러 램프로부터 피드백되는 고주파 신호가 AC 라인에 영향을 미치지 못하도록 하고, 또한 상용 입력단에서의 과전류 발생시 입력 전원 안정용 권선 저항에 의해 전원 공급을 차단하여 회로를 보호하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 안정기 회로는 램프의 수명을 향상하기 위해 램프와 매칭된 정온도 특성 저항(PTC)과 커패시터로 구성되는 램프 시동부를 구비하여 램프 시동시 부드러운 출발을 제공함과 아울러 램프 필라멘트의 저항값이 중심 와이어(WIRE)를 가진 일정 저항값 이하의 특성을 갖도록 하여 수명 및 흑화현상을 개선토록 한 것을 특징으로 한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 고역율 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로의 상세 구성도.

도2는 종래의 저역율 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로.

도3은 종래의 고역율 형광 램프용 안정기 회로이다.

다음으로, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고역율 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로를 설명하기로 한다.

먼저, 도1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 고역율 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로는 상용 전원부(30)와, 입력 필터부(11)와, 정류부(12), 평활용 커패시터(C2), 인버터부(13), 인덕터부(14), 램프 시동부(15) 및 패드백부(16)으로 이루어진다.

입력 필터부(11)는 상용 전원(10)의 (+)단자와 정류부(12) 다이오드(D1)의 애노드 단자에 연결되는 인덕터(L1)와, 상용 전원(10)의 (-)단자와 정류부(12) 다이오드(D2)의 애노드 단자에 연결되는 권선 저항(R1)과, 인덕터(L1)와 권선 저항(R1)의 각각의 단자에 직렬로 연결되는 커패시터(C3)를 구비하여, 상용 전원에 포함된 노이저를 제거함과 동시에 램프로부터 피드백되는 고주파 신호가 AC입력 라인에 영향을 미치지 못하도록 한다.

여기서, 저항(R1)은 권선 저항을 사용하여 일정값 이상의 과전류가 입력될 경우 퓨즈(FUSE)역할을 하게 되어 회로를 보호하며, 아울러 평활용 커패시터(C2)에 충전되는 전압이 일정 시정수(R1C2)를 가지고 충전되도록 하여 안정화를 기함으로써 고역률에 기여하는 역할을 한다.

정류부(12)는 4개의 다이오드(D1,D2,D3,D4)가 브리지 형태로 연결되어 입력 필터부(11)의 출력 신호를 전파 정류한다.

평활용 커패시터(C2)는 정류부(12) 다이오드(D1)의 캐소드 단자와 접지 사이에 연결되어, 정류된 신호를 평활하여 맥류 성분이 포함된 직류 신호로 변환한 후 인버터부(13)에 인가한다.

인버터부(13)는 2개의 스위칭 트랜지스터(Q1,Q2)와 구동부(17) 및 트랜지스터의 에미터 저항(R2,R3)을 구비하여, 평활된 직류 신호를 입력받아 설정된 특정 고주파수의 구형파를 출력한다.

인덕터부(14)는 양 스위칭 트랜지스터(Q1,Q2)의 접속점(A)에 연결되는 트로이달 코일(TO-COIL)과 트로이달 코일의 한 단자와 램프(LAMP)의 하나의 전극 사이의 인덕터(L2)를 구비하여, 인버터부(13)의 출력 구형파를 전압 강하하여 램프에 적절한 전압을 공급함과 아울러 램프 시동부(15)의 커패시터(C3)와 함께 LC공진하여 구형파를 특정 고주파수의 정현파로 변환하여 램프에 공급한다.

램프 시동부(15)는 램프의 양전극 사이에 직렬로 연결되는 정온도 특성 서미스터(PTC)와 이와 병렬로 연결되는 커패시터(C3)를 구비하여, 램프 시동시의 저온에서는 램프로 유입되는 전류의 일부를 정온도 특성 서미스터로 흐르게 하여 램프에 인가되는 전압을 낮추어 부드럽게 출발하도록 하여 램프의 수명을 향상하고 정상 동작시의 고온에서는 정온도 특성 서미스터의 저항값이 거의 무한대가 되어 램프로 유입되는 전류의 대부분이 커패시터(C3)로 통하므로 정상적으로 동작한다.

여기서, 정온도 특성 서미스터(PTC)는 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가하는 특성을 가진 소자를 말하며, 표준 온도에서는 일정 저항값을 가지고 점점 온도가 상승함에 따라 저항값이 크게 증가하는 특성을 가진다.

또한, 상기와 같은 구성의 시동부에 의해 램프 필라멘트의 저항값을 일 예를 들어 6Ω이하로 유지함으로써 소모 전력을 감소시키고, 램프의 오랜 사용 후에 오는 흑화현상이 개선한다.

패드백부(16)는 램프의 하나의 전극과 정류부(12) 다이오드(D1)의 애노드 단자 사이의 직류 차단용 커패시터(C4)와 다이오드(D1)의 애노드와 접지 사이의 바이패스용 및 신호 안정용의 커패시터(C5)를 구비하여, 램프로부터 출력되는 고주파수의 신호가 직류 차단용 커패시터(C4)에 의해 직류 성분이 제거되고 바이패스용 커패시터(C5)에 의해 피드백 신호에 포함된 높은 주파수의 노이저가 바이패스된 후 입력 필터부(11)의 출력 신호에 합성됨으로써 정류부(12)를 고주파수로 동작하도록 하여 입력단에서 유입되는 입력 전류가 상용 전원의 주파수와 같은 주파수의 정현파가 되므로 고역률 및 저전류 고조파 함유율의 특성을 가진다.

또한, 커패시터(C5)는 그라운드와의 사이에 일정 전압을 강하시킴으로써 피드백되는 신호의 유동을 제거하여 안정된 동작 특성을 유지하게 된다.

전술한 바와 같은 기능을 구비하여 이루어지는 본 발명의 고역률 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로에 대한 동작을 도1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상용 교류 전원이 인가되면, 인덕터(L1), 커패시터(C1) 및 저항(R1)로 구성된 입력 필터의 60Hz에서의 공진 특성에 의해 입력에 포함된 잡음을 제거하여 안정된 정현파 전압이 정류부(12)에 인가된다.

이 전압은 브리지 다이오드(D1,D2,D3,D4)에 의해 전파 정류되고, 평활용 커패시터(C2)에 의해 평활되어 리플성분을 포함하는 직류전압이 출력된다.

정류부(12)의 출력은 스위칭부(13)에 인가되는데 하프 브리지 구동(HALF BRIDGE DRIVE)방식으로 스위칭(SWITCHING) 트랜지스터(Q1,Q2)를 일정 주기로 교대로 구동하여 A점의 출력은 일정한 고주파수의 구형파 전압이 출력된다.

여기서, 스위칭 트랜지스터(Q1,Q2)의 구동부(17)는 트랜지스터(Q1,Q2)를 교대로 온/오프시키는 방식으로 동작되는 것으로 그 자세한 동작은 본 발명에 있어서 본질적인 것은 아니며 기존의 여러 방식들이 가능하다.

A점에서의 구형파 전압은 트로이달 코일(TO-COIL)과 인덕터(L)을 거치면서 전압 강하가 이루어지며 램프에 필요한 일정 전압을 공급하게 된다.

또한, 인덕터의 필터 작용에 의해 고주파 성분이 억제되므로 완곡한 구형파가 되게 된다.

이 구형파 신호가 램프에 인가되는데, 이때 정온도 특성 서미스터(PTC)와 커패시터(C3)의 병렬회로를 램프의 양전극에 직렬로 연결하는 시동부(15)에 의해 램프 시동시의 저온에서는 램프로 유입되는 전류의 일부를 일정 저항값의 정온도 특성 서미스터로 흐르게 하고 점차 온도가 증가함으로 정온도 특성 서미스터의 저항값도 증가하여 램프로 유입되는 전류의 대부분이 커패시터(C3)으로 흘러 램프에 인가되는 전압을 서서히 증가시킴으로써 일정시간 동안의 예열을 거친 후 램프가 정상적으로 작동하게 된다.

다음으로, 램프(LAMP)로부터 커패시터(C4,C5)를 경유하여 입력 필터부(11)의 출력단으로 피드백되는 고주파수의 정현파 신호가 입력 필터부(11)의 출력신호에 합성되어 상용 입력 전원의 최대값 이상의 합성 신호가 발생됨으로써 정류부(12)가 고주파로 동작하게 되어 부하에서 소모하는 전류를 공급하는 입력 전류가 상용 전원의 주파수와 같은 주파수의 정현파 신호가 되므로 입력 정현파의 전압과 전류의 위상차가 거의 생기지 아니하므로 입력측의 역률이 높아지며, 전고조파 함유률(THD)이 적어지게 된다.

여기서, 피드백 경로의 커패시터(C4)는 직류 성분 차단용으로 램프의 출력에 포함되어 있는 직류분을 제거하여 정류부의 출력의 왜곡을 방지하며, 커패시터(C5)는 고주파수의 잡음 제거용으로 램프의 출력에 포함된 고주파 잡음을 바이패스(By Pass)함과 동시에 그라운드와의 사이에 일정 전압을 강하시킴으로써 피드백되는 신호의 유동을 제거하여 안정된 동작 특성을 유지하게 된다.

상기의 구성수단을 가지는 본 발명에 의한 콤펙트 형광 램프와 기존의 시판되고 있는 타사 제품과의 특성 비교를 하면 (표1)과 같다.

[표1]

상기 표에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로는 역률이 98%로 타사 제품에 비해 고역률이므로, 동일 입력 전력에서 소비 전류가 70.9mA로서 타사 제품보다 우수하다.

또한, 전류 고조파 함유율(THD)이 15%로 타사 제품에 비해 우수하며, IEC규격(20%↓)를 만족하는 특성을 가진다.

또한, 필립스(PHILIPS)사의 안정기 회로와 비교하여 보면 원가 측면 및 제품 가능성에서 본 발명에 의한 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로가 우수함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고역률의 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로는 램프로부터 입력단으로 커패시터(C4,C5)를 경유하여 피드백시킴으로써 정류부의 출력이 고주파수의 정현파 신호를 발생하여 고역률 및 저고조파 함유율의 특성을 얻게 하고, 그 구성 부품이 콤펙트화에 적합하도록 선정하여, 기존의 저역률 콤펙트 형광 램프용 안정기 및 콤펙트가 불가능한 고역률의 형광 램프용 안정기 회로의 단점을 보완하여 주는 실용적인 것으로, 에너지 이용 효율면이나 코스트 측면 및 콤펙트 실용화면에서 유용한 발명인 것이다.

Claims (4)

1. 콤펙트 형광 램프용 안정기에 있어서,

   고역률 및 저고조파 함유율의 특성을 얻기 위한 커패시터 경유의 피드백부와,

   상용 입력 전원에 포함된 잡음을 제거, 피드백 신호의 AC라인에의 영향 방지 및 과전류 방지를 위한 입력 필터부와,

   램프의 수명의 향상 및 흑화현상 개선을 위한 램프 시동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 패드백부는 직류 차단용 커패시터와 고주파 잡음 제거용 및 피드백 신호 안정용 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 입력 필터부는 상용 교류 입력단의 한 단자에 연결되는 인덕터와, 다른 하나의 단자에 연결되는 권선 저항 및 상기 인덕터 및 권선 저항과 직렬로 연결되는 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 램프 시동부는 정온도 특성 서미스터와 병렬 회로를 램프의 양전극에 직렬로 구성함으로써 램프의 필라멘트 저항값이 중심 와이어를 가진 일정 저항값 이하의 특성으로 구성되는 것을 특징으로 하는 콤펙트 형광 램프용 안정기 회로.