KR19990071267A - 인버터의 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인버터의 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형광등 발광용 인버터부의 동작시 스위칭소자의 파손을 방지하는 인버터의 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 제어장치는 전원공급부와, 정류부와, 상기 정류부의 출력전압이 스위칭소자에 의해 소정의 듀티비율로 출력되도록 단속하는 인버터부를 갖는 인버터의 제어장치로서, 스위칭소자의 온도를 감지하여 소정의 온도에서 감지신호를 출력하는 온도감지부와, 상기 온도감지부의 감지신호에 기초하여 상기 인버터부의 동작을 중지시키는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 고가의 스위칭소자를 보호할 수 있기 때문에 A/S율을 낮추어 주고, 안정적인 수명을 보장할 수 있다.

Description

인버터의 제어장치 및 그 방법

본 발명은 인버터의 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형광등의 발광을 제어하는 인버터 스위칭소자의 파손을 방지하는 인버터의 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

형광등은 일정길이를 갖는 관내에 소량의 수은과 5내지 6mmHg정도의 아르곤 또는 크립톤 가스를 봉입한 열음극 저압 수은 아크방전등을 말한다. 관내의 내벽에는 형광체가 도포되어 있고, 형광체에 수은 증기의 방전에 의해서 발생한 자외선이 가시광선으로 변환되어 빛(조명)을 발생한다. 형광체의 종류에 따라서는 발광되는 빛의 색을 자유롭게 선택할 수 있다. 그리고 형광등은 통상적으로 긴 관모양을 하고 있으며, 텅스텐에 전자 방사물질을 칠한 한 쌍의 전극이 관의 양단에 봉입되어 있다. 이와 같은 형광등은 백열전등에 비해서 효율이 높고 수명도 긴데다 눈부심이 적고 그늘이 확실하게 나타나지 않는다. 최근에는 상기 형광등의 발광을 향상시키기 위한 구동장치가 개발되고 있다.

이와 같은 형광등의 인버터 제어장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 상용전원의 교류전압을 발생시키는 전원공급부(61)와, 상기 상용전원의 교류전압을 상용전원의 레벨에 해당하는 직류전압으로 정류하고 또는 소정의 전원레벨에 해당하는 직류전압으로 정류하는 정류부(62)를 가지고 있으며, 또는 상기 정류부(62)의 소정 전원레벨전압을 받아 45KHz의 발진주파수를 갖는 소정 듀티비의 펄스를 발생시키는 제어부(63)와, 상기 제어부(63)의 펄스를 병렬공진하여 소정의 유기전압을 발생시키고, 이 유기전압에 의해 스위칭소자(미도시)가 해당 듀티비로 동작됨으로 해서 상기 정류부(62)의 상용전원레벨의 직류전압을 스위칭동작으로 공급하는 인버터부(64)를 포함한다. 이 때, 상기 인버터부(64)에서 스위칭된 직류전압은 형광등(65)을 발광시킨다.

정류부(62)는 트랜스를 갖고, 대략 220V의 상용전원을 직류전압으로 정류시키는 다수개로 구성된 브릿지형 다이오드(미도시)를 가지고 있으며, 이 브릿지 다이오드에서 정류되는 전압성분에서 리플성분을 제거하여 평활시키는 평활콘덴서(미도시)를 포함한다. 이 때, 평활콘덴서를 거친 일부는 저항소자에 의해 전압강하되어 상기 제어부(63)로 공급된다.

인버터부(64)는 제어부(63)에서 발생하는 45KHz의 발진주파수를 갖는 소정 듀티비의 펄스를 공진시키는 공진트랜스(미도시)를 가지며, 상기 공진트랜스에서 유기되는 소정의 전압에 의해 상기 정류부(62)의 직류전압을 스위칭하는 스위칭소자(미도시)를 포함한다. 그리고, 스위칭소자에서 인버팅된 직류전압은 형광등(65)을 구동시켜 발광시킨다.

이와 같은 형광등의 제어장치는 먼저, 정류부(62)에서 리플성분이 제거된 정류전압을 인버터부(64)에 제공하면 인버터부(64)는 제어부(63)에서 공급하는 소정의 듀티비를 갖는 펄스에 의해 상기 정류전압이 형광등(65)에 인가되도록 한다. 이 때, 형광등(65)은 소정의 조도로 발광된다. 형광등(65)은 실제로 45000번 정도로 깜박거리는데, 인간의 착시현상에 의해서 연속적으로 발광되는 것으로 느껴진다.

그런데, 이와 같은 제어장치는 과부하상태에서 장시간 동작시킬 경우에 인버터의 스위칭소자가 과열에 의해 파손될 우려가 있고, 이와 같이 파손될 경우에 특별한 대책이 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 인버터의 스위칭소자가 열에 의해 파손되는 것을 방지하도록 하는 인버터의 제어장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 인버터형 형광등의 구동장치를 나타낸 블록구성도,

도 2는 본 발명에 따른 인버터의 제어장치의 실시예로서, 인버터형 형광등의 제어장치를 나타낸 블록구성도,

도 3은 도 2의 제어장치를 상세하게 나타낸 상세회로도,

도 4는 도 3의 센서소자의 취부위치를 나타낸 단면도,

도 5는 도 3의 온도감지부의 동작을 나타낸 동작파형도,

도 6은 도 3의 펄스발생과 인버터부의 동작을 나타낸 동작파형도,

도 7은 본 발명에 따른 인버터의 제어방법을 나타낸 플로우차트이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 ; 전원공급부 2 ; 정류부

3 ; 제어부 4 ; 인버터부

5 ; 조명등 6 ; 온도감지부

7 ; 표시부 11 ; 필터부

13 ; 브릿지 다이오드 15 ; 평활콘덴서

17 ; 공진트랜스 19 ; 스위칭소자

21 ; 센서소자 23 ; 반전소자

25 ; 잡음제거콘덴서 27 ; 트랜지스터

29 ; 발광다이오드

상기 목적은, 본 발명에 따라, 전원공급부와, 정류부와, 상기 정류부의 출력전압이 스위칭소자에 의해 소정의 듀티비율로 출력되도록 단속하는 인버터부를 갖는 인버터의 제어장치에 있어서, 스위칭소자의 온도를 감지하여 소정의 온도에서 감지신호를 출력하는 온도감지부와, 상기 온도감지부의 감지신호에 기초하여 상기 인버터부의 동작을 중지시키는 제어부를 포함하는 제어장치에 의해 달성된다.

또한, 상기 제어부는 상기 인버터부로 향하는 소정 듀티비율을 갖는 펄스를 차단하여 상기 스위칭소자의 동작을 중지시키는 것이 바람직하다.

도한, 상기 인버터부의 동작이 중지될 경우 상기 제어부의 명령에 따라 사용자에게 그 사실을 알리는 표시부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 온도감지부는 상기 스위칭소자의 방열부재 일측에 결착되어 상기 방열부재로부터의 온도에 따라 전압레벨이 가변되는 감지신호를 출력하는 센서소자와, 상기 센서소자로부터의 감지신호가 소정의 전압레벨일 경우에 상기 감지신호를 상기 제어부로 출력하는 반전소자를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 표시부는 상기 제어부의 명령에 의해 상기 정류부의 출력전압을 단속적으로 공급하는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터에서 공급된 상기 출력전압으로 점멸되는 표시등을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 목적은, 본 발명의 다른분야에 따라, 정류전압이 스위칭소자에 의해 스위칭되어 소정 듀티비율의 전압으로 출력되는 인버터의 제어방법에 있어서, 상기 스위칭소자로부터의 온도를 감지하여 소정온도의 감지신호를 출력하는 단계와, 상기 감지신호에 의해서 상기 스위칭소자의 스위칭동작을 중지시키는 단계를 포함하는 제어방법에 의해 달성된다.

또한, 상기 스위칭동작이 중지될 경우 사용자에게 그 사실이 알려지도록 표시하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 감지신호를 출력하는 단계는 상기 스위칭소자로부터 출력된 온도에 따라 가변되는 전압레벨을 출력하는 단계와, 출력된 상기 전압레벨이 소정의 레벨일 경우에 감지신호를 출력하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 중지시키는 단계는 소정 듀티비율을 갖는 펄스의 공급을 차단하여 상기 스위칭소자의 동작을 중지시키는 것이 바람직하다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인버터형 제어장치 및 그 방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 인버터의 제어장치의 실시예로서, 인버터형 형광등의 제어장치를 나타낸 블록구성도이고, 도 3은 도 2의 제어장치를 상세하게 나타낸 상세회로도이고, 도 4는 도 3의 센서소자의 취부위치를 나타낸 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 인버터의 제어장치는 상용전원의 교류전압을 발생시키는 전원공급부(1)와, 상기 상용전원의 교류전압을 상용전원의 레벨에 해당하는 직류전압으로 정류하고 또는 소정의 전원레벨에 해당하는 직류전압으로 정류하는 정류부(2)를 가지고 있으며, 또는 상기 정류부(2)의 소정 전원레벨전압을 받아 45KHz의 발진주파수를 갖는 소정 듀티비의 펄스를 발생시키는 제어부(3)와, 상기 제어부(3)의 펄스를 병렬공진하여 소정의 유기전압을 발생시키고, 이 유기전압에 의해 스위칭소자(미도시)가 해당 듀티비로 동작됨으로 해서 상기 정류부(2)의 상용전원레벨의 직류전압을 인버팅동작으로 공급하는 인버터부(4)를 포함한다. 이 때, 상기 인버터부(64)에서 스위칭된 직류전압은 형광등(5)을 발광시킨다. 그리고, 인버터부(4)내의 스위칭소자로부터 발생하는 온도를 감지하는 온도감지부(6)와, 상기 제어부(3)로부터의 명령에 의해 사용자에게 정상동작이 알려지도록 표시하는 표시부(7)를 더 포함한다. 한편, 제어부(3)는 상기 온도감지부(6)에서 감지되는 상대적 상한온도 이상에서, 상기 인버터부(4)의 동작이 중지되어 상기 형광등(5)이 발광되지 않도록 펄스의 공급을 중단한다.

이와 같은 각각의 구성요소들을 설명하면 도 3에 도시된 바와 같다. 정류부(2)는 상용전원에 포함된 노이즈성분을 제거하는 트랜스와 콘덴서로 구성된 필터부(11)를 가지고 있고, 대략 220V의 상용전원을 직류전압으로 정류시키는 다수개로 구성된 브릿지형 다이오드(13)를 가지고 있으며, 이 브릿지 다이오드(13)에서 정류되는 전압성분에서 리플성분을 제거하여 평활시키는 평활콘덴서(15)를 포함한다. 이 때, 평활콘덴서(15)를 거친 일부는 전압강하되어 상기 제어부(3)로 공급된다.

인버터부(4)는 제어부(3)에서 발생하는 45KHz의 발진주파수를 갖는 소정 듀티비의 펄스를 공진시키는 공진트랜스(17)를 가지며, 상기 공진트랜스(17)에서 유기되는 소정의 전압에 의해 상기 정류부(2)의 직류전압을 스위칭하는 스위칭소자(19)를 포함한다. 그리고, 스위칭소자(19)에서 인버팅된 직류전압은 형광등(5)을 구동시킨다. 스위칭소자(19)는 통상적인 전계효과 트랜지스터(MOSFET)로 사용되고, 스위칭시 고온의 열이 발생된다.

온도감지부(6)는 상기 스위칭소자(19)의 방열부재 일측에 결착되어 상기 방열부재로 전달되는 스위칭소자의 온도를 감지하는 센서소자(21)와, 상기 센서소자(21)로부터 감지된 신호를 상기 제어부(3)로 전달하는 전달용 반전소자(23)를 가지고 있으며, 상기 센서소자(21)의 노이즈를 제거하는 잡음제거콘덴서(25)가 센서소자(23)와 병렬로 구성되어 있다.

표시부(7)는 상기 제어부(3)에서 상기 스위칭소자(19)가 상한온도 이상임을 인식하여 현재상태가 일시적인 중지상태로 정상임을 알리는 제어명령을 받아 상기 정류전압을 스위칭하는 트랜지스터(27)와, 트랜지스터(27)의 스위칭으로 공급되는 상기 정류전압에 의해 발광되는 발광다이오드(29)를 가지고 있다.

방열부재(30)는 도 4에 도시된 바와 같이, 이와 같은 구성요소들이 설치되는 보드기판(31)에 기립하게 구성되어 있으며, 보드기판(31)에 구성된 상기 스위칭소자(19)의 측면에 접촉고정되어 있는 저부(33)를 가지고, 저부(33)면으로부터 외측면의 방향으로 다수개의 방열핀(35)이 형성되어 있다. 이 방열핀(35)에는 상기 센서소자(21)를 방열핀(35)에 밀착시키는 고정부(37)가 형성되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 장치에 대한 인버터의 제어방법은 다음과 같다. 도 5는 도 3의 온도감지부의 동작을 나타낸 동작파형도이고, 도 6은 도 3의 펄스발생과 인버터부의 동작을 나타낸 동작파형도이고, 도 7은 본 발명에 따른 인버터의 제어방법을 나타낸 플로우차트이다.

먼저, 도 7에 도시된 바와 같이 전원공급부(1)로부터 상용전압이 공급되면(S10) 그 상용전압은 정류부(2)의 필터부(11) 및 브릿지형 다이오드(13)에서 동일한 레벨에 포함된 노이즈성분이 제거되어 직류전압으로 변환된다(S20). 이어, 직류전압은 평활콘덴서(15)에서 충방전이 반복되어 리플성분이 제거된다. 그리고 정류부(2)에서 리플성분이 제거된 정류전압을 인버터부(4)에 제공하면(S30) 인버터부(4)는 제어부(3)에서 공급되는 소정의 듀티비를 갖는 펄스에 의해 상기 정류전압이 형광등(5)에 인가되도록 한다(S40). 그러면 형광등(5)은 소정의 조도를 갖는 밝기로 발광되고, 실제로 그 발광현상은 초당 45000번 정도로 연속해서 깜박거리는 발광인데도 불구하고, 인간에게 연속적인 발광상태로만 나타나는 착시현상에 따라 나타나는 것이다(S50). 이 때, 인버터부(4)는 제어부(3)에서의 소정레벨의 펄스(초당 45000번)를 받아 반파장씩 공진을 이르키고, 이 공진에 의해 스위칭소자(19)가 교번적으로 정류전압을 형광등(5)에 인가하도록 스위칭절환한다.

이와 같은 인버터부(4)에 의해서 형광등(5)이 발광상태를 유지하는데는 도 6에 나타낸 바와 같은 과정이 필요하다. 먼저 제어부(3)에서 양의 펄스를 발생시키면 인버터부(4)의 공진트랜스(17)에서는 정공진(+)과 부공진(-)을 이르켜 각각의 스위칭소자(19)로 펄스에 의한 구동신호를 공급하게 된다. 여기서, 편의상 도면에 나타난 상부의 스위칭소자(19)를 Q1이라 하고, 하부의 스위칭소자(19)를 Q2라 하면 각각의 스위칭소자(19)에는 상호 대칭되는 구동신호가 인가된다. t0에서 t2까지 형성되는 정공진에 의해 발생되는 정의 구동신호는 상기 스위칭소자(19) Q1를 도통시켜 정류전압을 인버터부(4)의 출력단에 마련된 인덕터(L1)에 에너지로 축적시킨다. 이렇게 축적된 에너지는 주변의 콘덴서(C1,C2,C4,C5)와 함께 형성된 공진회로에 따라 공진현상을 이르켜 형광등(5)을 발광시키는데, 특히, 스위칭소자(19)의 Q2가 정지되면 상기 Q1과 병렬로 구성된 C1를 통해 공진을 병행하면서 형광등(5)을 발광시킨다. 이어, t2에서 t3까지는 상기 정공진에서 부공진으로 바뀌는 시점으로 상기 인덕터(L1)의 잔여 에너지를 스위칭소자(19)와 병렬로 구성된 다이오드(D2)로 방전시키면서 공진회로의 프리-휠링(Free-wheeling)에 따른 전원 차단구간이다.

그리고, t3에서 t4까지 형성되는 정공진에 의해 발생되는 정의 구동신호는 상기 스위칭소자(19) Q2를 도통시켜 상기 인덕터(L1)에 정류전압이 에너지로 축적되도록 한다. 이 때, 축적되는 에너지는 부성의 특성을 가지고 있으며, 콘덴서 C5와 공진되어 저장된다. 이어, t4에서 t5까지는 상기 스위칭소자(19) Q2의 정지에 의해서 상기 콘덴서 C1가 상기 정류전압을 저장하면서 곧 바로 방전되어 상기 Q2 양단에 정류전압이 인가된다. 또 이어, t5에서 t6까지는 정류전압은 상기 다이오드(D2)를 도통시켜 이 다이오드(D2)로 흘러들어가 상기 공진회로의 에너지가 정류전압으로 재생된다. 이후에는 처음 단계로 되돌아가 다시 형광등(5)을 발광하는 과정을 반복한다.

이와 같이 인버터부(4)와 공진회로에 의해 형광등(5)이 발광되면 인버터부(4)의 스위칭소자(19)에서는 고전압의 스위칭에 따른 높은 고열이 발생하고, 이 고열은 스위칭소자(19)와 결합된 방열부재(30)에 의해서 방출된다. 이 때, 방열부재(30)에서 열방출을 원활하게 하지 못할 경우에는 스위칭소자(19)가 파괴된다. 따라서, 방열부재(30)의 온도를 감지하면 스위칭소자(19)의 온도를 감지할 수 있기 때문에 온도감지부(6)의 센서소자(21)(a)는 도 5에 도시된 바와 같이, 이 온도를 감지한다(S60). 이 때, 상기 센서소자(21)와 병렬로 구성된 잡음제거콘덴서(25)는 상기 센서소자(21)의 감지신호로부터 노이즈를 흡수 제거한다. 상기 노이즈가 제거된 감지신호(b)는 반전소자(23)에 의해서 소정의 히스테리시스 전압폭(c)을 더 한 전압에서만 제어부(3)로 전달된다. 일반적으로 반전소자(23)에서 히스테리시스 전압폭은 안전적인 반전을 위해서 설장되는 것이다.

그러면 제어부(3)는 온도감지부(6)에서 감지된 온도가 미리 설정된 상한온도(T)보다 높은지를 비교하고(S70), 감지된 온도가 상기 상한온도를 상위하지 않으면 상기 전단계를 반복하여 상기 형광등(5)의 발광을 유지하도록 하고, 감지된 온도가 상기 상한온도를 상위하면, 공급되는 소정의 듀티비를 갖는 펄스의 발생을 중지한다(S80). 이 때, 인버터부(4)에서 상기 정류전압이 형광등(5)으로 인가되지 않아 형광등(5)이 소등된다(S90). 그리고, 제어부(3)는 상기 형광등(5)을 소등함과 동시에 표시부(7)로 제어신호를 발생시켜 시스템이 일시적인 중지상태임을 알리는 표시등(29)를 점멸시킨다(S100). 표시등(29)은 상기 제어신호에 의해 동작되는 트랜지스터(27)에 의해 점멸된다.

또한, 제어부(3)는 정류부(2)를 통해 상용전압이 계속공급되고 있는지를 파악하고(S110), 공급이 차단될 때까지 상기 스위칭소자(19)의 온도를 감지하여 상한온도와 비교한 후에 그에 따른 적절한 조치가 취해질 수 있도록 제어한다.

상술한 바와 같은 제어장치는 인버터부(4)에 설치된 고가의 스위칭소자(19)를 보호할 수 있으며, 안정적인 수명을 보장한다.

본 발명은 고가의 스위칭소자를 보호할 수 있기 때문에 A/S율을 낮추어 주고, 안정적인 수명을 보장하므로 보다 경제적인 효과가 있다.

Claims (9)

1. 전원공급부와, 정류부와, 상기 정류부의 출력전압이 스위칭소자에 의해 소정의 듀티비율로 출력되도록 단속하는 인버터부를 갖는 인버터의 제어장치에 있어서,

   상기 스위칭소자의 온도를 감지하여 소정의 온도에서 감지신호를 출력하는 온도감지부와;

   상기 온도감지부의 감지신호에 기초하여 상기 인버터부의 동작을 중지시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 인버터부로 향하는 소정 듀티비율을 갖는 펄스를 차단하여 상기 스위칭소자의 동작을 중지시키는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 온도감지부는,

   상기 스위칭소자의 방열부재 일측에 결착되어 상기 방열부재로부터의 온도에 따라 전압레벨이 가변되는 감지신호를 출력하는 센서소자와;

   상기 센서소자로부터의 감지신호가 소정의 전압레벨일 경우에 상기 감지신호를 상기 제어부로 출력하는 반전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 인버터부의 동작이 중지될 경우 상기 제어부의 명령에 따라 사용자에게 그 사실을 알리는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 표시부는,

   상기 제어부의 명령에 의해 상기 정류부의 출력전압을 단속적으로 공급하는 트랜지스터와;

   상기 트랜지스터에서 공급된 상기 출력전압으로 점멸되는 표시등을 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어장치.
6. 정류전압이 스위칭소자에 의해 스위칭되어 소정 듀티비율의 전압으로 출력되는 인버터의 제어방법에 있어서,

   상기 스위칭소자로부터의 온도를 감지하여 소정온도의 감지신호를 출력하는 단계;

   상기 감지신호에 의해서 상기 스위칭소자의 스위칭동작을 중지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 감지신호를 출력하는 단계는,

   상기 스위칭소자로부터 출력된 온도에 따라 가변되는 전압레벨을 출력하는 단계와;

   출력된 상기 전압레벨이 소정의 레벨일 경우에 감지신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 중지시키는 단계는 소정 듀티비율을 갖는 펄스의 공급을 차단하여 상기 스위칭소자의 동작을 중지시키는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어방법.
9. 제6항에 있어서,

   상기 스위칭동작이 중지될 경우 사용자에게 그 사실이 알려지도록 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 제어방법.