KR20000074715A - 전자식 안정기의 전력 공급 회로 - Google Patents

전자식 안정기의 전력 공급 회로 Download PDF

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권봉환
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Abstract

본 발명은 전자식 안정기의 전력 공급 회로에 관한 것으로서, 전자식 안정기에 전력을 공급하는 전자식 안정기 전력 공급 회로는, 교류 전원 입력부; 교류 전원 입력부로부터 입력된 교류 전압을 소정 직류 전압으로 충전시키는 충전부; 및 교류 입력부로부터 입력된 교류를 정류하고, 소정 스위칭 주파수에 의해 주파수 변환된 제2교류 전압을 발생하는 정류 및 스위칭부를 구비하여, 정류 및 스위칭부의 스위칭 주파수에 따라 충전부로부터의 소정 직류 전압이 스위칭 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환되어 전자식 안정기의 형광등에 공급됨을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 정류 및 인버터 기능을 동시에 수행하는 회로구성으로 전력소자의 개수를 최소화할 수 있고 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

Description

전자식 안정기의 전력 공급 회로{Power supply circuit for electronic Ballast}
본 발명은 형광등용 고성능 전자식 안정기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 소자의 사용을 최소화한 전자식 안정기의 전력 공급 회로에 관한 것이다.
일반적으로 고성능 전자식 안정기는 0.98이상의 높은 역률, 입력전류의 낮은 고조파 왜율(15% 이하의 THD(Total Harmonic Distortion)), 출력전류의 낮은 파고율(crest factor)(1.5 이하)을 갖는 출력전류를 낼 수 있는 안정기를 말한다.
도 1은 종래의 전자식 안정기의 블록도로서, 여기서 전자식 안정기는 4개 이상의 다이오드(미도시)를 사용하는 정류기(100)와 2개의 스위치(미도시)를 사용하는 인버터(110)로 구성된 2단의 전력변환을 사용한다. 이러한 전자식 안정기는 단순한 회로구성에서 보여지듯 바람직한 고성능의 안정기 기능을 수행하지 못한다.
도 2는 종래의 전자식 안정기의 다른 실시예로서, 이 전자식 안정기는 정류기(200), 승압 변환기(210) 및 인버터(220)로 구성된 3단의 전력변환을 사용한다. 3단 전력변환을 사용하므로써 도 1보다 높은 역률, 입력전류의 낮은 고조파 왜율, 출력전류의 낮은 파고율등을 낼 수 있는 고성능 전자식 안정기이나, 이러한 3단 전력변환의 구성을 위해 많은 반도체 전력소자 및 역률 제어용 반도체 소자를 필요로 하기 때문에 가격이 높고 많은 수의 반도체 부품으로 인해 신뢰성이 낮아지게 된다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 반도체 전력소자의 개수를 최소화하고 역률 제어용 반도체 소자를 사용하지 않으면서 고성능 전자식 안정기에 맞는 전력을 공급하는 고성능 전자식 안정기의 전력회로를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 전자식 안정기의 블록도이다.
도 2는 종래의 전자식 안정기의 다른 실시예이다.
도 3은 본 발명의 고성능 전자식 안정기의 전력 공급 회로의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 전자식 안정기의 전력 공급 회로의 상세 회로도이다.
도 5는 도 4에 도시된 전력회로의 동작에 따른 파형도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전자식 안정기의 전력 공급 회로에 대한 실험 파형이다.
상기 과제를 해결하기 위한, 전자식 안정기에 전력을 공급하는 전자식 안정기 전력 공급 회로는, 교류 전원 입력부; 상기 교류 전원 입력부로부터 입력된 교류 전압을 소정 직류 전압으로 충전시키는 충전부; 및 상기 교류 입력부로부터 입력된 교류를 정류하고, 소정 스위칭 주파수에 의해 주파수 변환된 제2교류 전압을 발생하는 정류 및 스위칭부를 구비하여, 상기 정류 및 스위칭부의 스위칭 주파수에 따라 상기 충전부로부터의 소정 직류 전압이 상기 스위칭 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환되어 상기 전자식 안정기의 형광등에 공급됨을 특징으로 한다.
상기 교류 전원 입력부는, 부하전류를 필터링하여 정현파 입력전류를 발생시키는 필터부; 및 상기 정류 및 스위칭부의 스위칭 상태에 따라 상기 필터부로부터 출력된 정현파 교류로부터 불연속 전류를 생성하는 인덕터를 구비함이 바람직하다.
상기 정류 및 스위칭부는, 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 배열되고, 브릿지의 입력부는 상기 교류 전원 입력부의 출력단과 연결되고, 브릿지의 출력부는 상기 충전부의 양단에 연결되며, 이때 상기 브릿지 입력부 중 한 노드는 전자식 안정기의 형광등 회로에 연결되고 또한 상기 노드 양옆의 두 다이오드에는 각각 스위치가 하나씩 병렬로 연결되어, 상기 스위치가 교대로 스위칭함에 따라 소정 인버터 전압이 상기 전자식 안정기의 형광등 회로로 공급됨이 바람직하다.
상기 충전부는, 상기 전자식 안정기의 형광등 회로로 연결되고, 스위치가 교대로 온 오프됨에 따라 상기 충전부의 직류 전압이 상기 스위치 주파수와 같은 주파수의 인버터 전압으로 되어 상기 전자식 안정기의 형광등 회로로 공급됨이 바람직하다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 고성능 전자식 안정기의 전력 공급 회로의 구성도로서, 전자식 안정기의 전력 공급 회로는, 교류 전원 입력부(300), 충전부(310) 및 정류 및 스위칭부(320)를 구비한다. 교류 전원 입력부(300)는 부하전류를 필터링하여 정현파인 입력전류를 발생시킨다. 충전부(310)는 교류 전원 입력부로부터 출력된 교류 전압을 소정 직류 전압으로 충전시킨다. 정류 및 스위칭부(320)는 교류 전원 입력부로부터 입력된 교류를 정류하고, 동시에 스위칭 제어에 의해 소정 주파수로 주파수 변환된 제2교류 전압을 발생한다. 정류 및 스위칭부의 스위칭 주파수에 따라 상기 충전부에 충전된 소정 직류 전압이 상기 스위칭 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환되어 전자식 안정기의 램프부(330)로 공급된다. 도 3의 전력 공급 회로는 정류 기능과 인버터 기능이 동시에 수행되는 1단의 전력변환 방식이다.
도 4는 본 발명의 전자식 안정기의 전력 공급 회로의 상세 회로도이다. 여기서 제1인덕터(401), 제1콘덴서(402) 및 제2인덕터(403)는 도 3의 교류 전원 입력부(300)에 해당한다. 제1인덕터(401)와 제1콘덴서(402)는 제2인덕터(403)의 불연속 전류가 정현파 전류가 되도록 교류(400)를 필터링한다. 제2콘덴서(404)는 충전용 콘덴서로서, 도 3의 충전부(310)에 해당한다. 제2콘덴서(404)는 교류 전원 입력부(300)에서 출력되는 전압으로부터 직류 전압 Vd를 충전한다. 제1다이오드(407), 제2다이오드(408), 제3다이오드(409) 및 제4다이오드(410) 그리고 제1스위치(411), 제2스위치(412)는 도 3의 정류 및 스위칭부(320)에 해당한다. 제1 내지 제4다이오드는 브릿지 회로를 형성하며 브릿지 회로의 입력부는 교류 전원 입력부(300)의 출력단에 연결되고 브릿지 회로의 출력부는 제2콘덴서(404) 양단에 연결된다. 제3다이오드(409) 및 제4다이오드(410)에는 각각 제1스위치(411) 및 제2스위치(412)가 병렬로 연결된다. 제1, 제2스위치(411, 412)는 소정 주파수에 따라 교대로 온(on) 오프(off) 되며, 이러한 스위칭에 의해 입력 교류 전원의 정류 및 인버터 기능이 동시에 수행된다. 즉, 교류 전원 입력부(300)로부터의 출력이 정류되고 동시에 스위칭 주파수와 동일한 주파수를 갖는 교류가 발생된다. 전자식 안정기의 램프부(330)는 램프(413), 제3인덕터(414), 제3콘덴서(405), 제4콘덴서(406) 및 제5콘덴서(415)로 구성된다. 제3인덕터(414) 및 제5콘덴서(415)는 램프(413)가 점등되지 않았을 때 램프에 걸리는 전압 v0를 높은 전압으로 만들어 주는 공진용 소자로 작용한다.
도 5는 도 4에 도시된 전력회로의 동작에 따른 파형도이다. 도 4의 전력회로의 동작은 먼저, 제1다이오드(407) 및 제2다이오드(408), 그리고 제1스위치(411) 및 제2스위치(412)와 각각 병렬 연결된 제3다이오드(409) 및 제4다이오드(410)를 통해 충전 콘덴서인 제2콘덴서(404)에 초기의 직류전압 Vd가 충전된다. 이후 인버터로 작용하는 제1스위치(411) 및 제2스위치(412)를 통해 고주파 교류가 만들어져 램프부(330)에 인가한다. 이와 동시에 제2인덕터(403)에 교류전압인 vi(도 5의 (A)) 또는 직류전압 Vd(도 5의 (D))가 교대로 인가됨으로써 도 5의 (C)와 같이 제2인덕터(403)의 전류가 상승 및 하강을 반복한다. 전류의 하강시 제2인덕터(403)의 전류는 영전류까지 되어야(이를 불연속 전류라고 함) 제2인덕터(403)의 전류 평균치가 정현파 모양(sinusoidal waveform)이 된다. 제2인덕터(403)의 불연속 전류는 제1인덕터(401) 및 제1콘덴서(402)로 이뤄진 필터를 이용하여 전원 전류를 정현파로 만들게 된다. 제1스위치(411) 및 제2스위치(412)가 교대로 온 오프되는 스위칭 파형의 예를 각각 도 5의 (B)에 보인다. 이 스위칭 작용에 의해 램프부(330)로 (E)와 같은 파형의 교류가 공급된다. 이와 같이 제1스위치(411) 및 제2스위치(412)는 인버터 기능을 수행하며 동시에 제1다이오드(407) 및 제2다이오드(408)와 함께 교류를 직류로 변환하는 승압형 컨버터로 작용한다.
도 6은 본 발명에 따른 전자식 안정기의 전력 공급 회로에 대한 실험 파형을 보인다. 여기서 전원전류는 전원전압과 동상으로 고역률을 내며 낮은 고조파 왜율 (THD)을 갖는 파형임을 알 수 있다. 또한 거의 일정한 특징을 갖는 직류 전압의 영향으로 인버터 출력 전류는 맥동이 적은 파형, 즉 낮은 파고율(crest factor)을 갖는 파형이 된다. 이 실험파형에서 실측된 역률은 0.99이고, THD는 12%이며, 파고율은 1.3이다.
본 발명에 의하면, 정류 및 인버터 기능을 동시에 수행하는 회로구성으로 전력소자의 개수를 최소화할 수 있고 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 전자식 안정기의 형광등에 전력을 공급하는 전자식 안정기의 전력 공급 회로에 있어서,
    입력 교류 전원이 인가되는 교류 전원 입력부;
    상기 교류 전원 입력부로부터 입력된 교류 전압을 소정 직류 전압으로 충전시키는 충전부; 및
    상기 교류 입력부로부터 입력된 교류를 정류하고, 소정 스위칭 주파수에 의해 주파수 변환된 제2교류 전압을 발생하는 정류 및 스위칭부를 구비하여,
    상기 정류 및 스위칭부의 스위칭 주파수에 따라 상기 충전부로부터의 소정 직류 전압이 상기 스위칭 주파수를 갖는 교류 전압으로 변환되어 상기 전자식 안정기의 형광등에 공급됨을 특징으로 하는 전자식 안정기의 전력 공급 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 교류 전원 입력부는,
    부하전류로부터 인가된 전류를 필터링하여 정현파 전류를 발생시키는 필터부; 및
    상기 정류 및 스위칭부의 스위칭 상태에 따라 불연속 전류를 생성하는 인덕터를 구비함을 특징으로 하는 전자식 안정기의 전력 공급 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 정류 및 스위칭부는,
    4개의 다이오드가 브릿지 형태로 배열되고, 브릿지의 입력부는 상기 교류 전원 입력부의 출력단과 연결되고, 브릿지의 출력부는 상기 충전부의 양단에 연결되며, 이때 상기 브릿지 입력부 중 한 노드는 전자식 안정기의 형광등 회로에 연결되고 또한 상기 노드 양옆의 두 다이오드에는 각각 스위치가 하나씩 병렬로 연결되어,
    상기 스위치가 교대로 스위칭함에 따라 소정 인버터 전압이 상기 전자식 안정기의 형광등 회로로 공급됨을 특징으로 하는 전자식 안정기의 전력 공급 회로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0963782A (ja) * 1995-08-28 1997-03-07 Matsushita Electric Works Ltd 放電灯点灯装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0963782A (ja) * 1995-08-28 1997-03-07 Matsushita Electric Works Ltd 放電灯点灯装置

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