KR19990068269A

KR19990068269A - 마이크로프로세서를이용한고압방전등용전자식안정기

Info

Publication number: KR19990068269A
Application number: KR1019990000030A
Authority: KR
Inventors: 김중성; 한형연; 박희교
Original assignee: 김중성; 주식회사 인라이트
Priority date: 1999-01-02
Filing date: 1999-01-02
Publication date: 1999-09-06
Also published as: KR19990073151A; US6107754A; KR100314939B1

Abstract

본 발명은 마이크로프로세서를 사용하여 나트륨 램프와 메탈 할라이드 램프 및 수은등 등 고압 방전등을 백색 노이즈 변조(White Noise Modulation) 기법으로 점등유지 시킴에 있어 고 주파수의 가청소음이 발생되는 것을 막기위해 백색 노이즈 변조시에 같은 주파수를 수회에서 수십회 반복하여 다음 주파수로 넘어가는 기법을 사용하고, 각종 제어를 소프트웨어적으로 구현함으로서 동작의 안정성과 경제성을 향상시키는 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공한다. 본 발명의 장치는 전원회로부와, 고압 방전등에 직렬로 연결되는 트랜스 포머를 통하여 방전등을 초기 시동하기 위한 시동회로부와, 고압 방전등을 구동하기 위한 구동회로부와, 디밍 제어를 위한 디밍 조절부와, 외부의 빛의 밝기에 적응하여 불의 밝기를 조절하거나 끄고 켜기 위한 조도 검출부 등으로 구성되는데 이같은 회로의 구성과 마이크로프로세서 내부의 프로그램으로 시동시 돌입전류를 억제하고 디밍제어, 주야 자동 점·소등 제어 및 외부 빛의 밝기에 적응하여 방전등 빛의 밝기를 자동적으로 제어하고 과열보호, 무부하 보호, 시동 실패 보호, 저 전압 보호, 램프 불량으로 인한 보호, 순시 재점등 보호 등을 수행하여 전력 절감에 기여하고 무게를 줄이며 각종 제어를 수행한다.

Description

마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기{ELECTRONIC BALLAST FOR DRIVING A HIGH INTENSITY DISCHARGE LAMP BY SUING A MICROPROCESSOR}

본 발명은 나트륨램프, 수은램프, 메탈할라이드 램프 등 고압 방전등을 점등 유지하기 위한 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기에 관한 것으로 아날로그 회로에서는 실현이 어려운 백색 노이즈 변조(White Noise Modulation)된 구동 파형을 마이크로프로세서를 사용하여 실현함에 있어 백색노이즈 변조시에 같은 주파수를 수회에서 수십회 반복하는 기업으로 고음의 가청소음을 없애고, 불꽃이 파동 치는 것이나 공명에 의한 소음을 막아 고압 방전등을 안정적으로 구동시키는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기에 관한 것이다.

현재까지의 고압 방전등용 전자식 안정기의 회로구성은 대부분 아날로그 방식이나 단순한 로직에 의한 것이 대부분 이었다. 이 방식은 제어가 간단할 경우에는 디지털방식에 비해 유리할 수 있으나 회로가 복잡해지고 제어의 내용이 많아지면 오히려 마이크로프로세서를 이용한 디지털 제어 방식이 회로구성 및 가격 면에서도 유리하다. USP 5,428,268에는 고압 방전등의 전자식 안정기가 제시되어 있다. 상기 특허에서는 안정기의 구성이 아날로그회로 및 단순 로직회로로 구성되므로 회로의 구성이 매우 복잡함을 알 수 있다.

이밖에 고압 방전등의 구동방법은 수십 KHz의 단일 주파수로 점등 유지시키거나, 저 주파수의 구형파에 고주파를 실어 변조를 한 방식을 사용하거나, 주파수 변화(Frequency shift)방식에 의한 것이 대부분이나 저주파수의 구형파에 고주파를 실어 변조시키는 방식은 디밍에서 어려움이 있고, 주파수 변화(Frequency shift)에 의한 구동 방식은 고압 방전등의 제조회사별 특성의 불균일로 방전등 불꽃의 안정화에 어려움이 따른다.

특히 메탈 할라이드 램프는 안정기를 전자식화 할 경우 불꽃이 불안정하거나 파도치는 현상(Fluctuation)이 발생하는 경우가 많고 공명에 의한 소음(Acoustic Resonance)이 발생하여 심할 경우 방전튜브가 파괴되기까지 한다. 백색 노이즈 변조(White Noise Modulation)된 구동 파형은 특히 메탈 할라이드 램프의 경우에 불꽃이 파동(fluctuation)치거나 꺼지는 것을 막아 안정적으로 점등시킬 수 있고, 공명에 의한 소음을 막아 램프의 수명을 길게 한다. 또한 고주파수의 소음이 발생되지 않도록 한 주파수를 여러 번 반복하는 기법을 사용하여 이를 방지하였고, 마이크로프로세서에 의한 제어에 의해 고압 방전등용 전자식 안정기에서 요구되는 다양한 제어 및 보호 기능을 수행한다.

본 발명의 제 1 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 마이크로프로세서를 사용하여 주파수를 짧은 시간 내에 변동시켜 다양한 주파수대에서 고압 방전등을 점등시키는 백색 노이즈 변조(white noise modulation)방식의 파형을 제공한다. 백색 노이즈 변조된 파형은 메탈 할라이드 램프에 더 유효하다. 또한 백색 노이즈 변조(white noise modulation) 방식에 의한 구동파형은 고주파수의 소음(audio noise)이 발생하므로 같은 주파수를 수회-수십회 반복하였다가 다음 주파수로 넘어가는 기법을 통해 고 주파수의 소음을 없앤다. 이로서 공명에 의한 소음을 방지할 수 있는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 2 목적은 구동신호의 주파수를 변동시켜 고압 방전등의 디밍제어를 실현할 수 있는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 3 목적은 밤과 낮의 조도검출에 의해 고압 방전등의 점·소등 및 외부 빛의 밝기에 조응하여 자동으로 디밍제어를 할 수 있는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 4 목적은 고압 방전등의 초기 시동시 돌입전류를 억제하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 5 목적은 무부하 보호기능, 시동실패 보호기능, 과열 보호기능, 저 전압 보호기능, 순시재점등 보호기능, 램프 불량에 대한 보호기능을 가진 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기의 회로구성을 나타낸 회로도.

도 2는 본 발명에 의한 바람직한 일 실시 예의 인버터 게이트를 드라이브하기 위한 마이크로프로세서의 출력 파형도.

도 3은 본 발명에 의한 바람직한 일 실시 예의 고압 방전등에 인가되는 출력의 특성을 나타낸 파형도.

도 4는 본 발명에 의한 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기의 동작을 설명하기 위한 플로챠트.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 전원회로부 12 : EMI 억제용 필터

14 : 정류부 16 : 역률 개선 승압 회로부

18 : 제1 보조 전원부 20 : 제2 보조 전원부

22 : 구동회로부 24 : 인버터 드라이브부

26 : 시동회로부 28 : 고압차단 보호부

30 : 시동 정지부 32 : 디지털 제어부

34 : 전압안정 보조전원부 36 : 회로 보호용 전원차단부

38 : 디지털제어 전원부 40 : 브라운 아웃(brown out)회로부

42 : 적정전압 디지털 동작 회로부 44 : 발진부

46 : 점·소등 검출부 48 : 과열 검출부

50 : 디밍 전환부 52 : 디밍 조절부

54 : 조도 검출부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 상용교류를 입력하여 직류전압을 출력하는 전원회로부와, 인버터 드라이브부의 하이 부분의 보조전원을 제공하기 위한 제 1 보조전원부, 인버터 드라이브부의 로우부분과 디지털 제어부의 전원으로 제공하기 위한 제 2 보조전원부, 고압 방전등에 직렬로 연결되는 트랜스포머를 통하여 고압 방전등을 초기 시동하기 위한 시동회로부와, 고압 방전등을 하프브리지 인버터방식으로 구동하기 위한 구동회로부와, 인버터의 스위칭 소자를 게이트 드라이브하기 위한 인버터 드라이브부와, 고압 방전등을 초기 점등시 발생시킨 고압이 접지선으로 입력되어 부품을 파손시키고 바이크로프로세서를 오동작 시키는 것을 막기 위해 삽입하는 고압차단 보호부와, 고압 방전등을 초기 시동시 시동회로 동작에 의한 불안정한 전원 공급으로 오동작 하는 것을 방지하기 위하여 시동시에 만 동작하는 전원 안정용 보조전원부와, 또한 디지털 제어부는 초기 시동시 불안전한 전압으로부터 오동작을 막기 위해 마이크로프로세서에 공급되는 전원이 일정전압 이하이면 전원공급을 차단하는 브라운 아웃(Brown out)회로부, 마찬가지로 안정기의 시동 및 순시 재점등시에 전원의 불안정함에서 오는 오동작을 막기 위하여 제너 다이오드에 의하여 기준전압을 만들어 이 전압과 마이크로프로세서의 작동전원으로 입력되는 전압을 비교하여 기준전압 이하이면 디지털 구동출력을 중단시키는 적정전압 디지털 동작 회로부, 고압 방전등의 점·소등을 검출하기 위한 점·소등 검출부, 이밖에 무부하 보호, 시동 실패 보호, 저 전압보호, 순시 재점등 보호, 과열보호, 램프 불량으로 인한 꺼짐과 켜짐의 반복에 대한 보호모드 등으로 인해 보호모드가 동작하였을 때 안정기를 보호하고 절전을 하기 위한 회로보호용 전원차단부 등으로 구성되는 디지털 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

디지털 제어부는 적정 전원이 공급되면 동작을 시작한다. 점·소등 검출부에 의하여 고압 방전등이 소등으로 인식되면 상기 시동회로부에 고전압 시동신호를 발생시키고 동시에 구동회로부에 백색 노이즈 변조(white noise modulation)된 구동 신호를 출력함에 있어 돌입전류를 억제하기 위한 파형을 출력하여 시동시킨다.

상기 장치는 디밍전환부를 구비하고 사람에 의한 수동 디밍을 할 것인지, 외부 조도변화에 대응하여 주 야 자동 점멸 및 자동 디밍제어를 할 것인지를 선택한다.

고압 방전등의 시동 후에는 상기 점·소등 검출부를 통해 점등 신호를 검출하여 고전압 시동신호를 중단하고 정상 구동주파수를 출력하여 정상 점등을 한다. 이때 상기 디밍전환부가 수동 디밍에 설정되어 있으면 구동신호의 구동 출력 세팅값은 디밍조정값에 설정된다. 이때의 파형은 수십-수백KHz의 백색 노이즈 변조(White Noise Modulation)된 파형을 출력하는데 이러한 신호는 메탈 할라이드등의 불꽃 안정화를 위하여 매우 바람직하다.

상기 장치는 조도검출부를 더 구비하고, 디지털 제어부는 상기 주변조도에 응답한 조도검출부의 검출신호에 따라 상기 고압 방전등을 자동 점·소등 제어하는 주야 자동 점·소등 모드를 비롯해 주간에 주위의 조도변화를 검출하여 주위의 밝기에 조응하여 디밍제어를 하여 램프의 밝기를 제어함으로서 절전을 할 수 있는 주위의 조도에 따른 자동 디밍제어 모드를 포함한다.

디지털 제어부는 상기 시동회로부를 통하여 고압 방전등을 시동 개시 한 후 일정 시간이 지나도 고압 방전등의 점등이 점·소등 검출부를 통하여 검출되지 않을 경우에는 상기 고주파신호 및 구동신호의 출력을 중지하는 무부하 보호 또는 시동실패 보호모드를 포함한다.

상기 장치는 과열검출부를 더 포함하고, 디지털 제어부는 상기 과열검출부의 검출신호에 응답하여 과열 검출시에는 상기 고압 방전등을 소등시키는 과열보호모드를 포함한다.

상기 디지털 제어부는 램프가 정상 점등 되어 있는 상태에서 순간 정전에 의해 전원이 정전되었다가 재투입되면 고압 방전등이 냉각되는 시간동안 지연된 후에 고압 방전등을 재 점등시키는 순시 재점등 보호모드를 포함한다.

상기 디지털 제어부는 방전등의 불량으로 방전등이 일정회수 이상 켜짐과 꺼짐이 반복되면 안정기 동작을 중지시키는 램프 불량으로 인한 보호모드를 포함한다.

상기 디지털 제어부는 전압안정용 보조전원부를 더 구비하고 방전등의 시동시에 불안정하게 공급되는 마이크로프로세서의 작동전원으로부터 오동작 방지를 위하여 제 2 직류전압과 제 5 직류전압 사이에 전압강하용 저항과 초기점등 시에만 전원을 공급하기 위한 스위칭 트랜지스터를 삽입하여 시동시에만 안정된 전원을 공급한다. 상기 전압안정용 보조전원부는 방전등이 점등에 성공하면 이 전원은 차단된다.

상기 디지털 제어부는 시동정지부를 더 구비하고, 방전등이 점등에 성공하면 점·소등 부에서 점등 신호를 검출하여 고압발생을 차단한다.

상기 디지털 제어부의 브라운 아웃(Brown out)회로부는 안정기의 시동 및 순시 재점등시 불안전한 전압으로부터 오동작을 막기 위한 것으로 마이크로프로세서에 공급되는 전압이 일정전압 이하이면 전원공급을 차단하여 오동작을 방지한다.

상기 디지털 제어부의 적정전압 디지털 동작회로부는 안정기의 시동 및 순시 재점등시에 전원의 불안정함에서 오는 오동작을 막기 위하여 추가되는 회로로 제너다이오드에 의하여 기준전압을 만들어 이 전압과 디지털 제어부의 작동전원으로 입력되는 전압을 비교하여 기준전압 이하이면 디지털 구동출력을 중단하여 오동작을 방지한다. 적정전압 디지털 동작 회로부는 상기 브라운 아웃 회로부와 선택적으로 사용된다.

상기 디지털 제어부의 점·소등 검출부는 상기 제 3 트랜스포머의 2차 제 2 권선에 결합된다.

상기 전원회로부는 상용 교류를 변환하여 직류 1 직류전압으로 출력하는 정류부와, 고주파 신호를 변환하여 제 2 직류전압으로 출력하는 주 전원부와, 상기 직류 1전압의 출력과 주전원부의 입력 사이에 연결된 제 2 트랜스포머를 구비하고, 상기 제 1 직류전압을 고주파 스위칭 하여 역률이 개선되고 승압된 고주파신호를 출력하는 역률 개선 승압회로부로 구성된다.

제 1 보조전원은 상기 제 1 직류전압과 상기 제 2 직류전압 사이에 상기 트랜스포머에 결합되어 2차 1권선에 유기된 전압을 다이오드로 정류하고 캐패시터로 평활하여 제너다이오드로 정전압을 만들어 하프브리지 안버터의 하이부분을 스위칭하기 위한 전원인 인버터 드라이브부의 전원으로 공급한다.

제 2 보조전원은 상기 제 1 직류전압과 상기 제 2 직류전압 사이에 상기 트랜스포머에 결합되어 2차 2권선에 유기된 전압을 다이오드로 정류하고 캐패시터로 평활하여 정전압 소자로 정전압을 만들어 하프브리지 인버터의 로우 부분 및 디지털제어부의 전원으로 사용된다.

상기 시동회로부는 상기 접점(A)와 접점(B) 사이에 고압 방전등과 직렬로 연결된 1차권선과, 상기 고압 방전등과 직렬로 연결된 1차권선에 병렬로 연결된 제 2 배리스터와, 1차 제 1 권선을 가지는 트랜스포머와, 상기 제 2 직류전압과 접지(E)사이에 직렬로 연결된 제 1저항 및 제 1 캐패시터와, 상기 2차 제 1 권선의 일단과 접지(E) 사이에 연결되어 상기 디지털 제어부의 시동 제어 신호에 응답하여 구동되는 제 1 싸이리스터와, 상기 제 1 저항과 제 1 캐패시터의 공통접점과 제 1 싸이리스터 사이에 연결되는 2차 제 1 권선을 포함한다. 싸이리스터의 스위칭은 상기 제 1 캐패시터에 제 1 저항을 통해 전하가 충전되면 그 전압이 제 2 차 1권선의 일단과 접지(E)사이에 연결된 제 3 저항과 제 4 저항에 의해 충전된 전압이 분압되어 그 전압이 제 3 저항과 제 4 저항의 접속점에 연결된 다이액의 상한치 전압을 넘어설 경우 싸이리스터 게이트에 신호를 출력하여 싸이리스터를 도통시키고 제 1 캐패시터에 충전된 전하가 완전 방전되면 싸이리스터는 도통을 완료하여 OFF상태가 되며, 역기전력이 2차 1권선에 인가된다. 이 동작은 제 1 저항과 제 1 캐패시터에 의해 전하의 충전 방전을 되풀이하고, 제 2 차 1권선과 제 1 차 1권선 사이에 권선비에 의하여 1차 1권선에 고압이 유기되고 방전등에 고압이 인가된다.

상기 인버터 드라이브부는 상기 제 1 보조전원부와 제 2 보조전원부로 부터 전원을 공급받고 디지털 제어부로부터 백색 노이즈 변조된 파형을 입력받아 구동회로부의 스위칭 소자를 상기 로우부분과 하이부분을 교대로 스위칭하기 위함에 있어 디지털 제어부와 구동회로부를 전기적으로 절연시킨다.

상기 고압차단 보호부는 방전등을 초기 시동하기 위하여 고압을 발생할 때 접지선에서도 마이너스 고압이 발생하므로 마이크로프로세서의 오동작을 막고 회로를 보호하기 위하여 삽입한다.

상기 디지털 제어부의 회로보호용 전원차단부는 안정기의 각종 보호모드가 동작할 경우 예를 들면 무부하 보호, 시동 실패 보호, 저 전압 보호, 과열 보호, 램프의 불량으로 인한 보호모드가 동작하면 안정기 보호 및 절전을 위해 모든 전원을 차단한다.

상기 각 검출부들의 검출신호들을 각각 입력하고 제어 프로그램에 따라 상기 고주파 시동신호와 고주파 구동신호를 출력하는 마이크로프로세서를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 고압 방전등의 전자식 안정기의 회로구성을 나타낸다. 도1에서 안정기는 크게 전원회로부(10), 구동회로부(22), 인버터드라이브부(24), 시동회로부(26), 고압차단 보호부(28), 전압안정 보조전원부(34), 회로보호용 전원차단부(36), 브라운 아웃 회로부(40), 적정전압 디지털 동작 회로부(42), 점·소등 검출부(46), 디밍조절부(52), 조도검출부(54), 디지털 제어부(32)를 포함한다.

전원회로부(10)에는 상용 교류전원(AC)이 EMI 억제용 필터(12)를 거쳐서 정류부(14)에 공급된다. 정류부(14)는 브리지 다이오드(D1∼D4)로 구성되어 상용 교류전원을 제 1 직류전압(V1)으로 출력한다. 역률 개선 승압 회로부(16)는 평활캐패시터(C5), 트랜스포머(T2), 스위칭 트랜지스터(Q10), 저항(R17) 및 역률 개선 승압회로(PFC), 다이오드(D12) 및 평활캐패시터(C13)로 구성되어 제 1 직류전압(V1)을 스위칭 트랜지스터(Q10)로 고주파 스위칭하고 트랜스포머(T2)로 승압 하여 제 2 직류전압(V2)을 주 동작전압으로 출력한다.

제 1 보조전원부(18)는 다이오드(D9), 저항(R9), 캐패시터(C6) 및 제너다이오드(ZD1) 로 구성되어 트랜스포머(T2)의 2차 1권선(T2/2)으로 유도되는 고주파신호를 반파 정류하고 반파 정류된 신호를 제너 다이오드(ZD1)로 리미팅시켜서 제 3 직류전압(V3)을 보조동작전압으로 출력한다. 이 보조전원부는 하프브리지 인버터 하이(high)부분의 스위칭 트랜지스터를 구동하기 위한 전원으로 사용된다.

제 2 보조전원부(20)는 다이오드(D10), 캐패시터(C7), 정전압 소자(U1), 캐패시터(C9)로 구성되며, 트랜스포머(T2)의 2차 2권선(T2/3)으로 유도되는 고주파신호를 반파 정류하고 반파 정류된 신호를 정전압 소자(U1)로 정전압을 만들어 제 4 직류전압(V4)을 보조동작전압으로 출력한다. 이 전원은 하프 브리지 인버터 로우(low) 부분의 스위칭 트랜지스터를 구동하기 위한 전원이자 디지털 제어부(32)의 구동전원으로 제공된다.

디지털 제어 전원부(38)는 다이오드(D13), 저항(R23), 캐패시터(C17), 제너다이오드(ZD3), 캐패시터(C18)로 구성되며 제 2 보조전원부로부터 직류전압을 공급받아 제너다이오드(ZD3)로 정전압을 만들어 제 5 직류전압(V5)으로서 마이크로프로세서(U2)의 동작전원으로 사용한다.

전압안정용 보조전원부(34)는 저항(R25,R27,R28,R30,R31)과, 트랜지스터(Q11,Q12)와, 다이오드(D14)로 구성되며 전원회로부의 주 동작전압(V2)을 저항 (R25)에 의해 전압을 제 5 직류전압(V5)수준까지 낮추어 트랜지스터(Q11)의 스위칭에 의하여 마이크로프로세서에 전원을 공급하기도 하고 중지하기도 한다. 이 전원은 방전등의 시동시에만 사용되는데 시동시에는 고압발생용 시동회로부(26)만 동작함으로서 승압용 트랜스포머(T2)의 2차 제 2 권선(T2/3)에 유기되는 전압이 불안정하여 마이크로프로세서(U2)의 오동작을 초래할 위험이 있기 때문이다. 시동시에는 마이크로프로세서(U2)의 11번 단자가 전지전압 레벨 상태로 되어 트랜지스터(Q12)를 OFF상태로 만들고 저항(R27)과 저항(R28)에 의해 분압된 전압에 의해 트랜지스터(Q11)를 도통시켜 주 동작전압(V2)이 저항(R25)을 통해 안정된 동작전원을 제공하고 방전등이 점등되면 마이크로프로세서(U2)의 11번 단자를 공급전원레벨(HIGH)로 만들어 트랜지스터(Q12)를 ON시키고 이에 따라 트랜지스터(Q11)를 OFF 시켜 보조전원 (V4)전압에 의해서만 정상적인 전원을 공급한다. 다이오드(D14)는 역으로 흐르는 전류를 막기 위한 소자이다.

브라운 아웃(brown out) 회로부(40)는 저항(R29, R26), 제너다이오드(ZD4), OP AMP(U3)로 구성된다. 마이크로프로세서에 공급되는 전원이 불안정할 경우 예를 들면 시동을 할 경우나 순시 재점등 보호 모드가 동작을 할 경우에 직류 제 5 전압이 형성되는데 이 전압 즉 OP AMP의 1번 단자에 입력되는 전압이 제너다이오드(ZD4)에 의한 전압보다 높을 경우에만 3번 단자로 출력을 발생시킴으로서 제 5 직류 전압이 제너다이오드(ZD4)에 의한 기준전압 이하일 경우는 디지털 제어부에 전원이 공급되지 않아 디지털 제어부의 오동작을 막는 역할을 한다.

적정전압 디지털 동작 회로부(42)는 저항(R16), 제너다이오드(ZD2)로 구성된다. 이 회로는 마이크로프로세서(U2)의 A/D 컨버터 2번 단자에 제너다이오드(ZD2)에 의한 기준전압으로 입력되고 1번 단자에는 제 5 직류전압이 입력된다. 상기와 같이 여러 가지 이유에서 전원 공급이 불안정 할 때 보호를 위한 것으로 공급전압과 2번 단자의 기준전압과 비교하여 일정치 이상일 경우만 구동신호를 출력하고 그 이하일 경우는 구동출력을 정지시켜 오동작을 방지한다. 적정전압 디지털 동작회로부(42)는 상기 브라운 아웃 회로부(40)와 둘중 하나만 선택적으로 사용한다.

시동회로부(26)는 저항(R1,R3,R4,R5), 캐패시터(C1,C4), 배리스터(VR2, VR3, VR4), 1차권선(T3/1), 2차 제 1 권선(T3/2), 페라이트 코어로 된 트랜스 포머(T3), 스위칭소자(Q1), 다이액(D5)으로 구성된다. 시동회로부는 제 2 직류전압(V2)과 접지(E) 사이에 저항(R1)과 캐패시터(C1)가 직렬로 연결되며, 상기 저항(R1) 캐패시터(C1)의 접점과 싸이리스터 애노우드에 2차 제 1권선(T3/2)이 연결되고, 2차 제 1 권선(T3/2)의 일단과 접지(E)사이에 싸이리스터가(Q1)가 연결되며, 스위칭 소자(Q1)의 애노우드와 캐소우드 사이에 병렬로 연결된 직렬 저항(R3,R4)과, 저항(R3,R4)의 접점과 싸이리스터(Q1)의 게이트 사이에 다이액(D5)이 연결되고, 저항(R4)에 캐패시터(C4)가 병렬로 연결된다. 제 2 직류전압(V2)과 접지(E) 사이에 직렬로 연결된 배리스터(VR3, VR4)와, 하프브리지용 캐패시터(C2, C3)의 공통접점(A)과 상기 배리스터(VR3, VR4)의 공통접점(B) 사이에 고압 방전등(LP)에 1차권선(T3/1)이 직렬로 연결되며, 트랜스포머(T3)의 1차권선(T3/1)의 양단에 저항(R5)이 연결되고, 방전등(LP)과 저항(R5)의 직렬연결 양단에는 배리스터(VR2)가 연결된다. 시동회로부(26)는 저항(R1)을 통해 캐패시터(C1)에 충전되는 전하가 저항(R3,R4)에 의해 분압되고, 분압된 전압이 다이액(D5)의 제한전압을 넘어서면 싸이리스터(Q1)를 도통시켜 캐패시터(C1)에 충전된 전하는 트랜스포머(T3)의 2차 1권선(T3/2)을 통해 싸이리스터(Q1)로 일시에 흐른다. 방전이 완료되면 스위칭 소자(Q1)는 OFF상태가 되며 이때 트랜스포머 2차 1권선(T3/2)에 역기전력이 생겨 펄스가 발생되고 트랜스포머의 권수비에 따라 1차 1권선(T3/1)에 수천 볼트의 고전압이 유기 되어 고압 방전등(LP)에 인가되므로 방전등(LP)은 방전을 개시하게 된다.

구동회로부(22)는 스위칭트랜지스터(Q2, Q3), 다이오드(D6, D7), 하프브리지용 캐패시터(C2, C3), 제 3 트랜스포머의 제 1권선(T3/1)과 인버터 드라이브부(24)를 포함한다. 다이오드(D6)는 제 2 직류전압(V2)과 접점(B)사이에 캐소우드와 애노우드가 연결되며, 스위칭 트랜지스터(Q2)는 제 2 직류전압(V2)과 접점(B)사이에 드레인과 소스가 각각 연결된다. 그리고 스위칭 트랜지스터(Q2)의 게이트는 인버터 드라이브부(24)로부터 High부분의 출력단자인 접점(C)과 연결된다. 다이오드(D7)는 접점(B)과 접지(E) 사이에 캐소우드와 애노우드가 연결되고, 스위칭 트랜지스터(Q3)는 접점(B)과 접지(E) 사이에 드레인과 소스가 각각 연결되며, 스위칭 트랜지스터(Q3)의 게이트는 인버터 드라이브부(24)로부터 로우 부분의 출력단자 접점 D에 연결된다. 그리고 제 2 직류전압(V2) 과 접지(E) 사이에 하프브리지용 캐패시터(C2, C3)는 직렬로 연결되며 접점(B)과 방전등 사이에는 전류제한용 인덕터 겸 트랜스포머 권선(T3/1)이 연결된다. 구동 출력은 그림 제 2도와 같은 백색 노이즈 변조(White Noise Modulation)된 출력으로, 이는 어떤 주파수대를 사용 할 경우 수십 KHz에서 제 1 주파수를 출력한 후 수 ㎲이내로 주파수 폭을 증가 또는 감소시켜 제 2 주파수를 출력하고 그 다음 주파수는 또 역시 수㎲이내로 주파수 폭을 증가 또는 감소시켜 출력하는데 변화하는 주파수의 개수는 수회에서 50회를 넘지 않는 것이 적당하다. 주파수를 증가시킬 경우는 증가시키는 방향으로만 변화시키고 감소시킬 경우는 감소시키는 방향으로만 변화시킨다. 즉 도 2에서와 같은 예에서 주기가 t1 〈 t2 〈 t3 〈 t4 --- 로 길어지고 주파수가 최소가 되면 거기서 다시 감소하는 방향으로 변화시켜 최대 주파수가 되도록 하고 거기서 다시 반전하여 최대가 되도록 하는 방법으로 최대와 최소주파수를 점차적으로 변화시키면서 구동을 유지시키는 백색 노이즈 변조된 출력을 발생시킨다. B2와 B3의 출력신호는 교대로 발생되며 두 개의 교호되는 신호구간에서는 수㎲이내의 데드타임을 두어 단락 되는 것을 방지한다. 이러한 백색 노이즈 변조된 신호에 의해서는 불꽃이 비교적 안정되나 고 주파수의 가청소음이 발생되어 안정기를 실용화 할 수가 없게 된다. 이를 해결하기 위해서는 하나의 주파수에서 다음 주파수로 변화시킬 때 같은 주파수를 수회에서 수십회 되풀이하여 다음 주파수로 넘어가는 기법을 통해서 고음의 가청소음을 없앤다.

인버터 드라이브부(24)는 하프브리지 인버터의 하이 부분을 스위칭하는 스위칭 트랜지스터(Q4,Q5), 저항(R6, R10, R12), 광 신호 분리기(OPTO ISOLATOR)(ISD1)로 구성되고, 로우 부분을 스위칭 하는 스위칭 트랜지스터(Q6,Q7), 저항(R8, R11, R14), 광 신호 분리기(OPTO ISOLATOR)(ISD2)로 구성된다. 하프브리지의 하이부분을 게이팅 하는 회로로서 저항(R12)은 마이크로프로세서의 I/O포트 8번 단자와 광 신호 분리기(ISD1)의 2번 단자 사이에 연결되고 광 신호 분리기(ISD1)의 입력부 2번, 3번 단자는 저항(R12)과, 접지(F)사이에 연결된다. 광 신호 분리기(ISD1)의 8번 단자는 제1보조전원부(18)의 제 3 직류 전압(V3)에, 5번 단자는 접점(B)에 연결된다. 저항(R10)은 제1보조전원부(18)의 제 3 직류 전압(V3)과, 광 신호 분리기(ISD1) 6번 단자 사이에 연결된다. 스위칭 트랜지스터(Q4)의 드레인과 소스 단자는 제1보조전원부(18)의 제 3 직류 전압(V3)과 접점(C)에 연결되고, 스위칭 트랜지스터(Q5)의 드레인과 소스 단자는 접점(C)과 접점(B) 사이에 연결되며, 스위칭 트랜지스터(Q4, Q5)의 게이트 단자는 광 신호 분리기(ISD1)의 6번 단자에 연결되며 저항(R6)은 접점C와 접점 B사이에 연결된다. 하프브리지의 로우부분을 게이팅 하는 회로로서 저항(R14)은 마이크로프로세서의 I/O포트 9번 단자와 광 신호 분리기 (ISD2)의 2번 단자 사이에 연결되고 광 신호 분리기(ISD2)의 입력부 2번, 3번 단자는 저항(R14)과, 접지(F)사이에 연결된다. 광신호 분리기(ISD2)의 8번 단자는 제2보조전원부(20)의 제 4 직류 전압(V4)에, 5번 단자는 접지(F)에 연결된다. 저항(R11)은 제2보조전원부(20)의 제 4 직류 전압(V4)과, 광 신호 분리기(ISD2) 6번 단자 사이에 연결된다. 스위칭 트랜지스터(Q6)의 드레인과 소스 단자는 제2보조전원부(20)의 제 4 직류 전압(V4)과 접점(D)에 연결되고, 스위칭 트랜지스터 (Q7)의 드레인과 소스 단자는 접점(D)과 접지(F)사이에 연결되며, 스위칭 트랜지스터(Q6,Q7)의 게이트 단자는 광 신호 분리기(ISD2)의 6번 단자에 연결되며 저항(R8)은 접점(D)와 접지(F)사이에 연결된다. 따라서 구동회로부는 도 2와 같은 파형을 디지털 제어부(32)로 부터 입력받아 광 신호 분리기에서 신호가 절연된 뒤에 스위칭 트랜지스터(Q2,Q3)를 교대로 스위칭 함으로서 고압 방전등(LP)을 구동하여 점등상태를 유지시킨다.

고압차단 보호부(28)는 다이오드(D8)가 인버터 회로부의 마이너스 단자 접지(E)와 디지털 제어부(32)의 마이너스 단자 접지(F)사이에 연결된다. 이 회로는 고압 방전등을 초기 시동시 수천 볼트의 전압을 방전등에 인가하는데 이 전압이 마이너스 단자 접지(E)에 노이즈로 중첩되어 나타난다. 이 노이즈로부터 디지털 제어부를 보호하고 오동작을 방지하기 위하여 삽입한다.

시동 정지부(30)는 저항(R7), 스위칭 트랜지스터(Q8) 로 구성된다. 저항(R7)은 시동회로부(26)과 스위칭 트랜지스터(Q8)의 콜렉터에 연결되며 에미터는 접지(F)에 연결되고 베이스는 마이크로프로세서(U2)의 6번 단자에 연결된다. 고압 방전등이 점등되었거나 각종 보호회로가 동작하여 고압발생을 중지시켜야 할 경우 시동회로부(26)의 스위칭 소자(Q1)의 게이트 신호레벨을 접지레벨로 끌어내려 고압발생을 차단한다.

램프 점·소등 검출부(46)는 저항(R13,R15,R18), 정류용 다이오드(D11), 배리스터(VR5), 캐패시터(C8,C10), 스위칭 트랜지스터(Q9)로 구성되며, 마이크로프로세서(U2)는 7번 단자가 공급전원 레벨 일 때를 소등 상태로 인식을 하고 전지전압이면 점등상태로 인식한다. 방전등이 점등되면 트랜스포머(T3)의 제 2차 2권선(T3/3)에 전압이 유기 되어 저항(R13)에 의해 신호전압 레벨을 낮추고 시동시에 발생하는 노이즈 전압을 배리스터(VR5)로 흡수하고 다이오드(D11)로 정류하여 캐패시터(C8)로 평활 하여 스위칭 트랜지스터(Q9)를 ON시켜 마이크로프로세서(U2)의 7번 단자를 접지전압으로 만들어 방전등의 점·소등을 인식한다.

디밍전환부(50)는 저항(R20), 캐패시터(C12), 스위치(S)로 구성된다.

이는 디밍제어를 디밍조절부(52)에 의해 수동으로 디밍을 하는 경우와 조도검출부(54)에 의해서 자동으로 하는 경우를 선택하는 부분이다.

디밍조절부(52)는 가변저항(R22)으로 이루어지는데 이 저항을 변화시켜 마이크로프로세서(U2)의 17번 단자의 전위를 변화시키면 A/D컨버터인 이 단자는 입력되는 전압을 디지털 신호로 변환시켜서 이 신호의 전압레벨에 따라 내장된 프로그램에 의해 구동회로부(22)의 백색 노이즈 변조된 주파수 묶음의 주파수대를 변화시킴으로써 디밍제어를 실현한다. 즉 그림 제 2도에서와 같이 한 묶음의 주파수대에서 정상 출력을 내 보내고 있을 때 현재의 백색 노이즈 조된 주파수대에서 주파수대 전체를 높게 또는 낮게 이동시키면 디밍을 실현 할 수 있다. 예를 들면 40-50KHz에 걸쳐서 이를 수개에서 수십개의 주파수로 나누어 백색 노이즈 변조된 주파수를 출력하고 이 주파수대를 45-50KHz로 이동시키면 디밍이 실현된다.

조도검출부(54)는 저항(R24), 광센서(PD), 캐패시터(C16)로 구성된다. 주위의 조도가 변할 경우 마이크로프로세서(U2)의 18번 단자의 전위가 변하는 데, 이 신호의 전압레벨에 따라 방전등을 ON, OFF 시키는 것은 물론 주위의 조도변화에 적응하여 상기 디밍조절부에서와 마찬가지 수법으로 마이크로프로세서의 프로그램에 따라 구동회로부(22)의 주파수대를 변화시켜 디밍제어를 함으로서 주위의 조도에 따라 자동으로 디밍제어를 수행한다.

회로보호용 전원차단부(36)는 저항(R32, R33, R34), 다이오드(D16, D15), 싸이리스터(Q13). 트랜지스터(Q14) 로 구성된다. 안정기에서 각종 보호모드가 동작할 경우 예를 들면 과열시, 무부하시, 시동 실패시, 램프의 노후화로 인해 꺼졌다 켜졌다를 되풀이 할 경우 등의 상황이 발생하면 마이크로프로세서(U2)의 10번 단자로 공급전원 레벨 출력을 보내어 싸이리스터(Q13)가 도통되어, 교류전원 투입과 동시에 저항(R33, R34)에 의해 ON상태에 있던 트랜지스터(Q14)를 거쳐 다이오드(D15)를 통해 트랜지스터(Q11)의 베이스 전위를 접지전압으로 끌어내림으로서 트랜지스터(Q11)를 OFF시켜 전압안정용 보조전원부(34)의 전원공급을 차단하고, 다이오드(D16)을 통해 제 4 직류전압(V4)을 접지전위 레벨로 끌어내림으로서 역률 개선 승압회로(16)의 동작을 정지시켜 안정기 전체의 동작을 중지시킨다. 이로서 안정기는 보호된다. 이제 안정기를 정상 동작을 시키기 위해서는 교류전원(AC)를 껐다가 재 투입해야한다. 즉 교류전원을 차단하면 트랜지스터(Q14)는 OFF상태가 되고 싸이리스터(Q13)는 OFF상태가 되어 리세트 된다. 그 이후는 전원을 처음 투입하는 것과 같이 되어 정상동작을 시작한다.

발진부(44)는 수정발진기(X1), 캐패시터(C14, C15)로 구성되어 마이크로프로세서(U2)에서 필요로 하는 기준 클럭신호를 발생한다.

과열 검출부(48)는 동작전압(VCC)을 저항(R19, R21)으로 분압하고, 저항(R21)의 양단에 온도검출 스위치(T/S1)를 연결한다. 따라서, 설정된 과열 검출온도 이하에서는 스위치(T/S1)가 온 상태로 유지되므로 검출전압은 접지레벨이나 과열검출온도 이상으로 제어장치의 온도가 상승하게 되면 스위치(T/S1)가 오프상태로 되므로 검출전압은 공급 전압레벨로 올라간다.

마이크로프로세서(U2)는 CPU, A/D 컨버터입력단자, RAM, ROM을 내장하고 있고 입출력단자가 있다. 각 입출력 단자에 대한 용도는 다음과 같다.

A0(A/D 컨버터 입력) : 디밍 조절값을 입력하기 위한 입력단자이다.

A1(A/D 컨버터 입력) : 주야간 조도의 변화에 따라 조도검출부에 의해 인가되는 전압이 변화하는데 이 변화는 전압을 검출하기 위한 입력단자이다.

A2(A/D 컨버터 입력) : 직류 제 5 전압을 입력하는 것으로 점등시 또는 재점등시 캐패시터(C13)에 전하가 남아있어 이것에 의한 전원이 공급될 때 이 전압을 감지하기 위한 입력단자이다.

A3(A/D 컨버터 입력) : A2단자와 비교를 위한 입력으로 제너다이오드(ZD2)에 의해 설정된 기준전압을 입력하기 위한 단자이다.

B0(I/O 출력) : 시동용 고압의 발생 정지를 위한 출력 단자이다.

B1(I/O 입력) : 방전등의 점·소등 유무를 입력받기 위한 단자이다.

B2, B3(I/O 출력) : 구동회로부의 스위칭 소자 Q2, Q3를 제어하기 위한 구동신호를 출력하기 위한 출력단자이다. 구동신호는 제 2 도에 도시한 바와 같이 수십-수백KHz의 백색 노이즈 변조(white noise modulation)된 신호이다.

B2과 B3의 신호는 서로 교호로 발생되고 두 신호의 유신호구간 사이에는 데드 타임(DEAD TIME)을 갖는다. 이러한 신호는 고주파수대에서 발생하는 불꽃 흔들림을 방지함과 동시에 안정기의 효율을 향상시킨다.

B4(I/O 출력) : 각종 보호회로가 동작하였을 경우 즉 무부하 보호, 시동 실패 보호, 저 전압 보호, 과열보호, 순시 재점등 보호, 램프 불량으로 인한 꺼짐과 켜짐의 반복으로 인한 보호 등의 보호 상황이 발생하면 역률 개선 승압회로의 동작을 정지시키고 전압안정용 보조전원부의 동작을 중지시킬 수 있는 신호를 출력한다.

B5(I/O 출력) : 전압 안정용 보조전원을 차단하기 위한 출력신호 단자이다.

B6(I/O 입력) : 디밍의 자동조절과 수동조절을 선택하기 위한 입력 단자이다.

B7(I/O 출력) : 안정기가 과열되었을 때 이를 보호하기 위해 과열검출부의 검출신호를 입력하는 입력단자이다.

도 4는 본 발명에 의한 마이크로프로세서를 이용한 전자식 안정기의 동작을 설명하기 위한 플로챠트를 나타낸다. 마이크로프로세서(U2)는 교류가 입력되어 동작전원이 공급되면 초기화를 통하여 각종 설정과 동작을 시작한다.

최초 100, 102단계에서 임의의 문자로 램프 꺼짐 카운터 K를 설정하고 이 K에 일 예로 10을 설정한다. 이는 마이크로프로세서(U2)가 동작하고 있는 가운데 방전등이 꺼진 회수를 체크하는 것으로 방전등 불량으로 인한 꺼짐과 켜짐이 예를 든 회수만큼-여기서는 10회- 반복하면 158단계의 도 1의 회로 보호용 전원차단부(36)를 동작시킬 수 있도록 100단계와 102단계의 설정을 수행한다.

104단계도 역시 안정기를 초기화하기 위한 모드로 전압안정용 보조전원부(34)가 작동될 수 있도록 마이크로프로세서의 11번 단자(B5)를 로우(low)상태로 만들어 마이크로프로세서에 안정된 전원을 공급하고, 시동용 고압발생을 중지시키기 위하여 6번 단자(B0)를 하이(high)로 하고, 회로보호용 전원차단부(36)가 작동되지 않도록 10번 단자(B4)를 로우로 하고, 8번(B2), 9번(B3)단자의 구동용 출력신호 발생을 중지시키고 다음 단계로 넘어간다.

106단계는 공급되는 전원이 불안정하여 일정 전압 이하일 때 즉 저전압 일 때 모든 출력을 중지하는 것으로 2번 단자(A3)는 기준전압으로 제너다이오드(ZD2)에 의한 전압을 공급받고, 1번 단자(A2)는 마이크로프로세서(U2)의 작동 전압을 아날로그 입력으로 공급받아 A/D 컨버터를 통해 신호변환을 한 후 이 두 신호를 비교하여 내부에 내장된 프로그램에 의해 마이크로프로세서를 동작시키기 위하여 공급되는 전압이 일정전압 이하가 되면 즉 저 전압이면 106단계에서 104단계로 돌아가 설정전압 이상이 공급 될 때까지 루프를 돌며 저전압이 아니면 다음단계인 108단계로 넘어간다.

108단계는 과열인가 아닌가를 체크하는 것으로 13번 단자(B7)를 통하여 과열인지 아닌지 체크를 하여 과열이면 104 단계의 루프를 돌아 안정기가 식을 때까지 기다리고 과열이 아니면 110 단계로 넘어간다.

110단계는 밤과 낮을 구분하여 안정기를 끌 것인지 켤 것인지를 판단하기 위한 조도 검출 단계로, 아날로그 입력단자인 18번 단자(A1)로 빛의 양에 의해 전위가 변하는 아날로그 신호를 입력 받아 밤과 낮을 구분하여 안정기를 끄고 켠다.

112 단계는 임의의 문자 N=1을 설정하는데 이는 안정기의 시동모드가 몇 번 동작했는가 하는 것을 셈하기 위한 것이다.

113단계는 고압 방전등을 시동하기 위한 시동모드 단계로 6번 단자(B0)를 로우로하여 시동용 고압발생 회로가 동작되도록 하고 8번(B2), 9번(B3)단자를 통해 인버터 회로를 동작시키기 위한 신호를 발생하는데 이는 돌입전류를 억제하기 위한 신호로 제공된다.

다음으로 114단계는 마이크로프로세서에 공급되는 전원이 불안정하여 전압이 기준전압 이하일 경우 보호하기 위한 단계이고, 116단계는 과열보호모드이며 118단계는 점등상태인지 아닌지를 판단하는 모드로 이 단계는 시동을 하기 위한 과정이다. 시동을 위한 단계에서 보호되는 모드는 무부하 보호, 시동 실패 보호, 순시 재점등 보호, 저전압 보호, 과열보호를 행한다.

이후 단계에서 보호되는 모드는 다음과 같다.

1. 저전압 보호

114단계는 106단계와 동일한 동작원리로 저전압 보호를 하며 1번 단자(A2)와, 2번 단자(A3)의 제너다이오드에 의한 기준전압을 비교하여 마이크로프로세서에 공급되는 전압이 일정전압 이하이면 104단계로 루프를 돌아 모든 출력을 중단시키고 정상이면 다음 단계로 넘어간다.

2. 과열보호

과열보호는 두단계에 걸쳐서 일어난다. 즉 시동시와 정상점등시이다. 시동시 과열보호는 116 단계에서 13번 단자(B7)를 통해 과열인지 아닌지 체크하여 과열이면 회로보호용 전원차단 모드를 작동시켜 안정기의 모든 동작을 중단하고 과열이 아니면 다음 단계로 넘어간다. 정상점등시에는 127단계에서 과열을 체크하여 보호를 한다. 즉 13번 단자(B7)를 통해 과열인지 아닌지 체크하여 과열이면 회로보호용 전원차단 모드를 작동시켜 안정기의 모든 동작을 중단하고 과열이 아니면 다음 단계로 넘어간다.

3. 무부하 보호, 시동 실패 보호

이 보호는 134 - 158 단계동안에 이루어진다. 134, 140, 144, 150단계는 시동모드가 예를 들면 5초 간격으로 동작과 중지를 행하는데 점등이 되지 않으면 이를 2회를 반복한다. 이 과정을 한번 수행할 때마다 N에 1이 더해져 113단계의 루프로 돌아간다. 따라서 2회 모두 시동에 실패하면 N=3이 되어서 113단계로 돌아간다. 이제 다시 루프를 돌아 134 단계 136단계를 거쳐 146 단계에서 모든 출력을 중단하고 152단계에서 예를 들면 3분을 지연시켜 방전등을 냉각시키고, 3분이 경과하면 N에 1을 더해 4로 만들고 다시 113단계로 넘어가 시동모드를 작동시키고 134, 136을 거쳐 138단계로 넘어간다. 138단계에서 142단계로 넘어가 30초동안 시동모드를 동작시킨다. 시동모드가 동작하는 동안 램프가 역시 켜지지 않을 경우 148단계에서 다시 소등모드로 들어가 3분간 기다린다. 시동을 보장하기 위하여 위의 단계를 2회 반복한다. 그래도 램프가 점등되지 않으면 최종적으로 램프가 없거나 불량으로 판단하고 113단계를 거쳐, 134, 136, 138단계를 경과한 후 158단계의 회로보호용 전원차단모드인 10번 단자(B4)를 하이로 만들어 모든 동작을 중지한다. 이로서 무부하 보호 및 시동 실패 보호를 한다.

4. 순시 재점등 보호

이 보호는 상기 무부하 보호, 시동 실패 보호와 같은 루프를 통해서 이루어지나 한가지 다른 점은 방전등이 켜 있다가 전원 공급이 잠깐 중단되어 램프가 소등된 이후에 전원이 재 투입되었을 때 전원회로부의의 캐패시터(C13)에 전하가 충전되어 있는 것을 이용하는 것으로 이 캐패시터는 용량이 매우 커서 방전시간이 수십 초에서 수분이 걸리기도 한다. 따라서 이 전원은 전압안정 보조전원부(34)를 통해 디지털 제어부의 작동전원으로 공급되고 상용 교류전원(AC)이 중단되어도 마이크로프로세서는 계속 동작을 하고 있다. 이제 상용 교류 전원이 다시 공급되면 134, 140, 144, 150단계에서 상기 무부하 보호모드와 마찬가지로 5초 간격으로 시동모드의 동작과 중지를 2회 시행하는데 고압 방전등은 가열되어 있으므로 점등되지 않는다. 따라서 이 동작이 끝나면 N=3이 되어서 113단계로 돌아가 134단계에서 136단계, 146단계로 돌아 모든 출력을 중단하고 152단계에서 3분을 지연시켜 방전등을 냉각시키고 3분이 경과하면 N에 1을 더해 4로 만들고 다시 113단계, 134, 136단계를 거쳐 138단계로 넘어가 30초동안 시동모드를 동작시킨다. 램프가 역시 켜지지 않을 경우 148단계에서 다시 소등모드로 들어가 시동신호를 중단하고 3분간 기다린다. 시동을 보장하기 위하여 위의 단계를 2회 반복한다. 그래도 램프가 점등되지 않으면 158단계의 회로보호용 전원차단모드인 10번 단자(B4)를 하이로 만들어 모든 동작을 중지한다. 이로서 방전등을 수분간 소등 시켰다가 다시 켜는 수법으로 순시 재점등 보호를 한다.

5. 램프 불량으로 인한 점멸보호

이 보호는 100단계, 102단계, 128단계, 130단계, 132단계에서 수행한다. 100단계, 102단계는 문자를 램프 꺼짐 카운트로 설정하여 이를 예를 들면 10으로 설정하였다면 방전등이 외부전원의 차단 없이 소등되었다면 128 단계에서 이를 체크하여 130단계에서 램프 꺼짐 카운터에 1을 감하여 132단계의 램프 꺼짐이 0에 이를 때까지 램프의 점등을 하고 램프 꺼짐 카운터가 0이 될 때, 다시 말하면 램프의 켜졌다 꺼짐이 10회에 달하면 이를 158단계의 회로보호용 전원차단모드를 작동시켜 안정기의 동작을 중단시킨다. 이로써 램프의 불량으로 인한 꺼짐과 켜짐이 설정된 값만큼 되풀이하면 안정기를 끄는 보호이다.

다음은 마이크로프로세서에 의한 정상 점등시 제어되는 모드이다.

1. 정상 점등모드

마이크로프로세서는 도 2와 같은 파형을 발생시키는 것으로 백색 노이즈 변조된 파형을 출력한다. 정상 점등모드시에 백색 노이즈 변조를 위해서는 여러 개의 파형을 만들어야 하는데 주기를 달리하는 파형의 개수는 수개에서 수십개 까지 변화하는 파형을 되풀이하여 발생시킨다. 이는 불꽃이 안정되기 위하여 와트 수에 따라 주파수와 파형의 개수를 정하여 선택한다. 그리고 그림에서 표현할 수 없는 내용으로 정상 점등 시에 백색 노이즈 변조된 파형을 출력하더라도 고주파수에 해당하는 가청소음이 발생하여 안정기를 실용화 할 수 없음으로 주기를 달리하는 파형의 개수를 수개에서 수십개에 걸쳐서 발생시킬 때 각각의 주기에 해당하는 파형에서 하나의 주파수를 수회에서 수십회 되풀이 반복하였다가 다음 주파수로 넘어가는 기법을 사용하여 가청소음을 없앤다.

2. 디밍제어모드

디밍제어는 122단계의 디밍전환 즉 12번 단자(B6)의 신호를 입력받아 하이 신호이면 124단계의 디밍제어로, 로우이면 주야 점멸제어로 넘어간다.

디밍제어모드로 설정되어 있으면 백색 노이즈 변조된 파형을 도 2와 같이 출력하는데 디밍제어를 하기 위해서는 이와 같은 파형의 주파수대를 이동해야 한다. 예를 들면 현재 30-40KHz 사이의 주파수대를 24분할하여 백색 노이즈 변조된 파형을 출력하여 최대출력이 발생되었다면 출력을 낮추기 위해서는 35-45KHz대에서 백색노이즈 변조된 파형을 발생시켜 주파수에 비례하여 최대 출력보다 낮은 출력을 얻어 디밍을 수행할 수 있다. 디밍을 위한 입력신호는 마이크로프로세서 17번 단자((A0)에서 아날로그 입력을 입력받아 이 전압에 따라 출력 주파수가 대응하도록 프로그램을 만들어 디밍을 실현한다.

3. 주·야간 점멸제어

이 제어는 아날로그 입력단자 18번(A1)에 입력되는 전압의 설정치에 의해서 주·야간에 점멸제어를 한다. A1에 입력되는 전압의 크기는 주위의 조도에 따라 저항이 변하는 광소자(PD)에 의해 수행되는데 저항이 변하면 이에 따라 전압이 변화하는 것을 이용한다. 주변 조도에 의하여 점·소등되는 것과 램프가 불량하여 점·소등되는 것에 의한 오동작을 방지하기 위하여 125단계의 K=10을 입력하여 K의 값을 초기화한다.

4. 주간 조도검출 디밍제어

이 제어는 상기 주·야간 점멸제어와 같은 입력을 사용한다. 즉 주위조도에 따라 A1에 입력되는 전압의 크기가 변화하는 것에 의해 디밍의 각단계에 대응하도록 소프트웨어를 설계하여 부위의 밝기에 따라 자동으로 디밍제어를 실현하는 방법으로 주간 자동 디밍제어를 실현한다.

상술한 알고리즘들은 도 4에 도시한 플로챠트에 개시된 바와 같은 순서로 확정된 것이 아니라 이는 하나의 예를 나타낸 것이며 각 모드의 순서는 자유롭게 변경 가능하다

이상, 설명한 바와 같이 본 발명에서는 전자식 안정기의 제어를 마이크로프로세서를 이용하여 디지털적으로 제어함으로써, 다양한 알고리즘을 수행하면서도 회로 구성을 간단하게 할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 고압방전등 - 그중에서도 특히 메탈 할라이드램프 - 의 방전특성인 불꽃의 출렁임(Fluctuation)과 공명에 의한 소음(Acoustic Resonance)을 제거하여 안정적으로 고압 방전등을 점등할 수 있다. 특히 단순히 백색 노이즈 변조된 파형에 의할 때 고음의 가청소음이 발생하나 본 발명은 파형 변조시 같은 주파수를 수회-수십회 반복하는 기법으로 같은 주파수의 구동시간을 늘려 가청소음을 피한다. 백색 노이즈 변조 파형은 기존의 점등방법인 저주파수의 파형에 고주파수의 파형을 실어 변조된 방법으로 실현하는 구형파 방법이나 주파수 변화(Frequency shift)에 의한 방법보다도 안정되게 구동을 시킬 수 있어 램프의 특성이 제조회사별로 다양함에서 오는 문제점을 극복 할 수 있어 모든 제조회사의 방전등에도 안정되게 램프를 구동할 수 있는 특징이 있다.

본 발명은 이밖에도 디밍제어와, 주야간의 자동 점·소등 제어 및 주간 외부의 조도검출에 의한 자동 디밍제어를 실현할 수 있고 돌입전류 억제와 안정된 시동을 실현할 수 있으며 또한 과열보호, 무부하 보호, 저 전압 보호, 점등 실패 보호, 순시 재점등 보호, 램프 불량으로 인한 점멸보호등으로 시스템의 보호대책을 강구함으로써 전력절감에 기여하고 방전등 및 안정기의 수명을 연장시키며 무게를 기존의 자기식 안정기에 비해 현격히 줄일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

상용교류를 입력하여 직류전압을 출력하는 전원회로부;

인버터 드라이브부의 하이 부분에 전원을 공급하기 위한 제 1보조전원부;

인버터 드라이브부의 로우부분과 디지털 제어부의 동작전원을 공급하기 위한 제 2보조전원부;

고압 방전등에 직렬로 연결되는 트랜스포머를 통하여 고압 방전등을 초기 시동하기 위한 시동회로부;

고압 방전등을 하프브리지 인버터방식으로 구동하기 위한 구동회로부;

하프브리지 인버터 구동회로부를 드라이브 하기 위한 인버터 드라이브부;

고압 방전등을 초기 시동시에 발생되는 고압이 접지선에 노이즈로 침투하는 것을 막기 위한 고압차단 보호부;

방전등 초기 시동시 마이크로프로세서에 공급되는 불안전한 전원을 안정되게 동작시키기 위한 전압 안정용 보조전원부;

마이크로프로세서에 공급되는 전압이 일정전압 이하이면 전원 공급을 중단하는 브라운 아웃 회로부;

마이크로프로세서에 공급되는 전압이 일정전압 이하이면 구동출력을 중지하는 적정전압 디지털 동작 회로부;

고압 방전등의 점등 및 소등을 검출하기 위한 점·소등 검출부;

고압 방전등을 초기 점등시나 정상 점등시 무부하, 시동실패, 순시 재점등, 과열, 램프 불량으로 인한 점등과 소등의 반복 등으로 인한 각종 보호모드가 동작하였을 때 안정기를 보호하고 절전을 위한 회로보호용 전원차단부; 및

상기 전원회로부에 전원이 공급되어 상기 점·소등 검출부에 의해 고압 방전등의 소등상태 검출시에 상기 시동회로부에 시동용 고압을 발생시킴과 동시에 구동회로부에 구동신호를 제공하여 고압방전등을 시동시키고, 고압 방전 등의 시동 후에는 상기 디밍전환부에 의해 수동으로 하는 디밍과 외부 조도 검출부에 의해 하는 주·야간 자동 점멸 및 자동 디밍제어에 의해 디밍제어를 하는 디지털 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 상기 고압방전등의 초기 시동이 성공하기 전 까지는 상기 구동신호의 주파수 묶음인 백색 노이즈 변조 신호를 돌입전류를 억제하기 위한 점등모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 고압 방전등의 구동을 위한 백색 노이즈 변조된 파형을 출력함에 있어 고음의 가청소음을 방지를 위하여 하나의 주파수에서 다른 주파수로 파형의 폭을 변화시킬 때, 파형을 하나의 주파수에서 다른 주파수로 변화시키기 이전에 같은 주기의 파형을 수회에서 수십회 반복해서 다음 주기로 넘어가는 백색 노이즈 변조된 파형을 출력하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 디밍 조절부를 더 포함하고, 디밍제어를 위해서 일정 묶음 주파수에서 고압 방전등을 구동하고 이 한 묶음의 백색 노이즈 변조 주파수를 다른 주파수대로 이동하여 백색 노이즈 변조 주파수를 발생하여 디밍제어를 하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 조도검출부를 더 구비하고, 주·야간 자동 점·소등 제어를 위하여 외부 빛의 밝기에 따라 변화하는 신호를 입력받아 이 전압의 크기에 따라 점·소등 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 5 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 조도검출부에 의해 검출된 빛의 밝기에 따라 변화하는 신호를 입력받아 이 전압의 크기에 따라 설정된 디밍 치에 의해 자동으로 램프의 밝기를 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 적정전압 디지털 동작회로부를 더 구비하고 마이크로프로세서를 동작시키기 위하여 공급되는 전압이 기준전압과 비교하여 이 전압보다 낮으면 마이크로프로세서의 출력을 중단시키는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부의 각종 보호모드가 동작을 하면 상기 회로보호용 전원차단부를 동작시켜 안정기의 보호 및 절전을 하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 상기 시동회로부를 통하여 시동 출력을 발생한 후 일정 시간 시동 신호의 발생과 중지를 반복하여도 방전등이 점등되지 않을 때 회로보호용 전원차단부를 작동시켜 무부하 보호, 시동 실패 보호 모드로 들어가는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 방전등이 순간 정전에 의해 전원이 재투입되면 고압 방전등이 냉각되는 시간동안 지연된 후 방전등을 재점등시키는 방법을 수회 반복하여 방전등을 재점등 시키는 순시 재점등 보호모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 고압 방전등이 불량하여 정상점등이 되었다 하더라도 점등과 소등이 반복되면 이 반복이 프로그램에서 설정된 회수만큼 반복이 되면 안정기를 보호하기 위하여 구동신호를 중단하고 회로보호용 전원차단 모드로 들어가는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 제 1 보조전원부는 인버터 드라이브부의 하이 부분의 전원으로 공급되기 위한 것으로 제 2 트랜스포머 2차 1권선에 결합되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 제 2 보조전원부는 인버터 드라이브부의 로우 부분 및 디지털제어부의 전원으로 공급되기 위한 것으로 제 2 트랜스포머 2차 2권선에 결합되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 시동회로부는

상기 제 2 직류전압(V2)과 접지(E) 사이에 직렬로 연결된 제 1 저항, 제 1 캐패시터;

상기 제 1 저항과 제 1 캐패시터의 접점과 제 1 싸이리스터 애노우드에 접속된 제 3 트랜스포머 2차 제 1 권선;

상기 제 3 트랜스포머 2차 제 1 권선의 일단과 접지(E) 사이에 연결된 제 1 싸이리스터;

상기 제 1 싸이리스터의 애노우드와 캐소우드 사이에 병렬로 연결된 직렬 저항인 제 3 저항, 제 4 저항;

상기 제 3 저항과 제 4 저항의 접점과 제 1 싸이리스터의 게이트 사이에 연결된 제 5 다이액;

상기 제 4 저항에 병렬로 연결된 제 4 캐패시터;

상기 제 2 직류전압과 접지(E) 사이에 직렬로 연결된 제 3 및 제 4 배리스터;

상기 하프브리지용 제 2 및 제 3 캐패시터의 공통접점(A)과 상기 제 3, 제 4 배리스터의 공통접점(B) 사이에 고압 방전등(LP)에 직렬로 연결된 제 3 트랜스포머 1차권선;

상기 제 3 트랜스포머의 1차권선의 양단에 연결된 제 5 저항; 및

상기 고압 방전등과 제 5 저항의 직렬연결 양단에 병렬로 연결된 제 2 배리스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 인버터 드라이브부는

상기 인버터 하이부분을 드라이브하기 위한 제 1 광 신호 분리기와 마이크로프로세서 8번 단자(B2) 사이에 연결된 제 12 저항;

상기 구동부의 B점과 제 3 직류 전압 사이에 제 5번 제8번 단자가 연결되고 제 4 MOSFET과 제 5 MOSFET의 게이트의 접속점에 제 6단자가 연결된 제 1 광 신호 분리기;

상기 제 3 직류전압과 제 1 광 신호 분리기 6번 단자 사이에 연결된 제 10 저항;

상기 제 1 광 신호 분리기 5번 단자와 8번 단자 사이에 병렬로 연결된 제 4 MOSFET, 제 5 MOSFET;

상기 접속점 B와 접속점 C 사이에 연결된 제 6저항;

상기 인버터 로우부분을 드라이브하기 위한 제 2 광 신호 분리기와 마이크로프로세서 9번 단자(B3)사이에 연결된 제 14 저항;

상기 구동부의 접지(F)와 정전압소자 U1의 출력단 사이에 제 5번 제8번 단자가 연결되고 제 6 MOSFET과 제 7 MOSFET의 게이트의 접속점에 제 6단자가 연결된 제 2 광 신호 분리기;

상기 정전압소자 U1의 출력단 전압과 제 2 광 신호 분리기 6번 단자 사이에 연결된 제 11 저항;

상기 제 2 광 신호 분리기 5번 단자와 8번 단자 사이에 병렬로 연결된 P 채널 제 6 MOSFET, N채널 제 7 MOSFET; 및

상기 접속점 D와 접지점 F 사이에 연결된 제 6저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 고압차단 보호부는

구동회로부의 접지점 E에 캐소우드가, 디지털 회로부의 접지점 F에 애노우드가 삽입되는 제 8 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 전압안정 보조전원부는

상기 제 2 직류전압과 상기 제 5 직류전압사이에 직렬로 연결된 제 25 저항과 제 11 트랜지스터;

상기 제 2 직류전압과 상기 제 5 직류전압사이에 직렬로 연결된 제 27 저항과 제 28 저항과 제 14 다이오드;

상기 제 27 저항과 제 28 저항의 접속점에 연결된 제 11트랜지스터의 베이스가 연결되어 이 제 11트랜지스터 베이스의 접속점과 접지점 F 사이에 연결된 제 12 트랜지스터; 및

상기 마이크로프로세서의 11번 단자(B5)와 접지 F 사이에 직렬로 연결된 접속점이 제 12 트랜지스터의 베이스에 연결되는 제 30 저항, 제 31저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 디지털 제어부는 브라운 아웃(brown out) 회로부는

제 5 직류전압과 접지점 F 사이에 직렬로 연결되어 OP 앰프에 연결되는 제 29 저항 및 제 4 제너다이오드;

제 5 직류전압과 OP앰프의 출력단에 연결되는 제 26 저항; 및

제 29 저항 및 제 4 제너다이오드의 연결점에 한 단자가 연결되고 직류 제 5 전압에 한 단자가 연결되는 OP앰프를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 적정전압 디지털 동작회로부는

마이크로프로세서 1번 단자(A2)에 연결되는 제 5 직류전압; 및

제 5 직류전압과 접지점 F 사이에 직렬로 연결되어 마이크로프로세서 2번 단자(A3)에 접속되는 제 16저항, 제 2 제너다이오드를 포함하는 것을 특징으로하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 회로보호용 전원차단부는

제 4 직류전압과 제 13 싸이리스터의 애노우드에 연결되는 제 16 다이오드와;

제 11 트랜지스터의 베이스에 애노우드가 연결되고 제 13 싸이리스터의 애노우드에 연결되는 제 15 다이오드와;

제 15 다이오드의 캐소우드와 제 16 다이오드의 캐소우드의 접속점에 애노우드가 연결되고 제 14 트랜지스터의 콜랙터에 캐소우드가 연결되는 제 13 싸이리스터;

제 13 싸이리스터의 게이트와 마이크로프로세서 제 10번 단자(B4) 사이에 삽입된 제 32 저항; 및

제 1 직류전압 과 접지점 F 사이에 직렬로 연결되어 그 접속점이 제 14 트랜지스터의 베이스에 연결되는 제 33 저항, 제 34 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 점·소등 검출부는

제3 트랜스포머 제 2차 2권선 연결되어 제 5 배리스터와 제 11다이오드의 애노우드의 접속점에 연결되는 제 13 저항;

제 13 저항과 접지점 F 사이에 연결되는 제 5 배리스터;

제 13 저항과 접지점 F 사이에 직렬로 연결되는 제 11 다이오드, 제 15 저항과;

제 15 저항과 병렬로 연결되는 제 8 캐패시터;

제 11 다이오드와 제 15 저항의 직렬 연결점과 베이스에 접속되는 제 9 트랜지스터;

마이크로프로세서 7번 단자(B1)와 제 9 트랜지스터의 콜렉터의 접속점과 접지점 F 사이에 연결되는 제 10 캐패시터 ; 및

제 9 트랜지스터와 직류 제 5 전압사이에 삽입되는 제 18 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서를 이용한 고압 방전등용 전자식 안정기.