KR20010089039A - Electronic ballast for high intensity discharge lamp - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 메탈 할라이드램프, 고압수은램프, 나트륨램프, 자외선(UV)램프 등 고압방전등에 적용되는 전자식 안정기에 관한 것으로, 저주파수의 구형파 내에 고주파수로 스위칭된 파형을 중첩시켜 방전등에 공급하여 점등유지 시킨다. 이는 고압방전등 중에서 특히 메탈할라이드램프에서 생기는 공명에 의한 진동 (Acoustic Resonance)을 없애는 전자식 안정기에 유리하다. 현재까지 상기와 같은 구동방법은 미국 특허 US5,428,268에 제시되어 있다. 즉 저주파수로 구동되는 풀브리지 인버터의 전단에서 미리 DC-DC 컨버터에 의하여 고주파수로 스위칭된 구형파 직류 전원을 만들어 이를 저주파수로 인버팅하여 방전등을 점등 유지시킨다. 이는 풀브리지 인버터에서 직접 저주파수와 고주파수의 스위칭을 동시에 할 경우 전 전압 스위칭에 의하여 스위칭소자의 발열이 심하여 실용화하기가 어렵기 때문으로 본 발명은 풀브리지 인버터에서 단일한 스텝에 의하여 저주파와 고주파의 스위칭을 동시에 수행하는데 고주파 스위칭시 인덕터와 캐패시터의 공진에 의하여 소프트 스위칭이 되는 기법을 이용한 전자식 안정기를 제공한다. 이 방법은 인버터의 전단에서 고주파수로 스위칭하는 방법에 비해 회로가 간단하고 염가이다.The present invention relates to an electronic ballast applied to a high voltage discharge lamp such as a metal halide lamp, a high pressure mercury lamp, a sodium lamp, and an ultraviolet (UV) lamp. The low frequency square wave is superimposed on a high frequency switching waveform to be supplied to a discharge lamp to maintain lighting. . This is advantageous for the electronic ballast which eliminates the acoustic resonance caused by the metal halide lamp, especially in the high-pressure discharge lamp. To date, such a driving method is disclosed in US Pat. No. 5,428,268. In other words, a square wave DC power source that is switched at a high frequency by a DC-DC converter in advance in front of a full-bridge inverter driven at a low frequency is inverted at a low frequency to maintain a discharge lamp. This is because when the low-frequency and high-frequency switching at the same time directly in the full-bridge inverter is difficult to be practical because the heat generated by the switching element is severe due to full voltage switching, the present invention is a low-frequency and high-frequency switching by a single step in the full-bridge inverter At the same time, it provides an electronic ballast using soft switching technique by resonance of inductor and capacitor during high frequency switching. This method is simpler and cheaper than the method of switching to high frequency at the front end of the inverter.
본 발명의 제 1 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 입력되는 교류전원을 정류하여 직류로 만들고 이를 인버터에 의하여 스위칭함에 있어 고주파 스위칭과 저주파 스위칭을 인버터 내에서 단일한 스텝에 의해 수행하는데 이때 인버터의 HIGH 부분의 스위칭을 인덕터와 캐패시터의 공진에 의한 소프트 스위칭 된 파형으로 스위칭 소자를 스위칭하여 이결과 인버터부 내에서 단일한 스텝에 의한 스위칭을 하더라도 발열과 노이즈 발생을 억제할 수 있는 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.In order to solve the problems of the prior art, the first object of the present invention is to rectify the input AC power into DC and perform the high frequency switching and the low frequency switching by a single step in the inverter. At this time, the switching of the HIGH part of the inverter is switched to a soft-switched waveform by the resonance of the inductor and the capacitor.As a result, a high-voltage discharge can suppress the generation of heat and noise even when switching by a single step in the inverter unit. It is to provide an isoelectronic ballast.
본 발명의 제 2 목적은 풀브리지 인버터의 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동회로부를 구비하는 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.It is a second object of the present invention to provide an electronic ballast for a high-pressure discharge lamp having a driving circuit section for driving a switching element of a full bridge inverter.
본 발명의 제 3 목적은 구동회로부에 저 주파수의 신호를 공급하기 위한 저주파 발생을 하는 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.It is a third object of the present invention to provide an electronic ballast for a high-pressure discharge lamp having low frequency generation for supplying a low frequency signal to a driving circuit portion.
본 발명의 제 4 목적은 이상 동작으로부터 안정기를 보호하기 위한 과전류보호, 인버터의 과열보호, 시동실패보호를 하는 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.It is a fourth object of the present invention to provide an electronic ballast for a high pressure discharge lamp for overcurrent protection, overheat protection of an inverter, and start failure protection for protecting a ballast from abnormal operation.
본 발명의 제 5 목적은 정출력 제어를 하는 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.A fifth object of the present invention is to provide an electronic ballast for a high-pressure discharge lamp having a constant power control.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 상용교류를 입력하여 전자파를 필터링하고 직류로 만드는 전원 회로부와, 전원회로에서 만들어진 직류전원을 고주파 스위칭과 저주파 스위칭을 동시에 행하여 소프트 스위칭된 파형으로 방전등을 점등유지하는 인버터부와, 인버터부를 구동하는 구동회로부와, 구동회로부를 드라이브하는 저주파 발생 및 보호회로부로 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the device of the present invention filters the electromagnetic wave by inputting commercial AC and the power circuit unit for making a direct current, and the direct current power source made in the power circuit to perform high frequency switching and low frequency switching at the same time to light the discharge lamp with soft switched waveform And a low frequency generation and protection circuit portion for driving the drive circuit portion, and a drive circuit portion for driving the inverter portion.
도 1은 본 발명에 따른 방전등용 전자식 안정기의 회로 구성도이다.1 is a circuit diagram of an electronic ballast for a discharge lamp according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예이다.2 is a preferred embodiment according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 바람직한 실시 예의 저주파 발생 및 보호회로부이다.3 is a low frequency generation and protection circuit according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4A는 본 발명에 의한 소프트 스위칭 원리도이다.4A is a soft switching principle diagram according to the present invention.
도 4B는 도 4A에 따른 파형도이다.4B is a waveform diagram according to FIG. 4A.
도 5는 바람직한 실시예의 인버터 각부의 파형도이다.Fig. 5 is a waveform diagram of each part of the inverter of the preferred embodiment.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 전원회로부 200 : 인버터부100: power circuit unit 200: inverter unit
210 : 고압발생부 220 : 전류검출부210: high pressure generating unit 220: current detecting unit
300 : 구동회로부 310 : 고주파 발생부300: driving circuit unit 310: high frequency generation unit
320 : 인버터 드라이브부 400 : 저주파 발생 및 보호회로부320: inverter drive unit 400: low frequency generation and protection circuit unit
410 : 저주파 발생부 415 : 저주파 발생부410: low frequency generating unit 415: low frequency generating unit
420 : 보호회로부420: protection circuit
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 방전등에 대한 전자식 안정기의 회로구성을 나타낸다. 본 발명의 안정기는 크게 전원회로부(100), 인버터부(200)와 구동회로부(300), 저주파 발생 및 보호회로부(400)로 구성된다.1 shows a circuit configuration of an electronic ballast for a discharge lamp according to the present invention. The ballast of the present invention is largely composed of the power circuit unit 100, the inverter unit 200 and the driving circuit unit 300, the low frequency generation and protection circuit unit 400.
전원회로부(100)는 EMI를 억제하기 위한 필터와, 교류를 직류로 변환하는 정류부와, 보조전원용 변압기(T3)와, 직류 보조전원으로 구성된다.The power supply circuit unit 100 includes a filter for suppressing EMI, a rectifying unit for converting AC into direct current, an auxiliary power transformer T3, and a direct current auxiliary power source.
전원회로부(100)는 입력된 교류전원이 필터를 거쳐 정류를 하여 직류 제 1전압(V1)을 출력한다. 그리고 입력된 교류전원은 변압기(T3)에 의해 강압을 하여 직류 제1보조전압, 직류 제2보조전압, 직류 제3보조전압을 만들어 각부에 공급한다. 그리고 저주파 신호발생을 위하여 교류 입력전원을 저주파 신호발생 및 보호회로부(400)에 공급한다.The power circuit unit 100 rectifies the input AC power through a filter and outputs a DC first voltage V1. The input AC power is stepped down by the transformer T3 to generate a DC first auxiliary voltage, a DC second auxiliary voltage, and a DC third auxiliary voltage. The AC input power is supplied to the low frequency signal generation and protection circuit unit 400 for low frequency signal generation.
인버터부(200)는 스위칭소자(Q1-Q4)와, 다이오드(D1-D7)와, 인덕터(T1, T2)와, 저항(R1)과, 캐패시터(C3, C4, C6, C8)와, 고압발생부(210)와, 전류검출부(220)로 구성된다. 전원회로부(100)에 의해 공급된 직류 제 1전압(V1)은 제 1인덕터 1차 제1코일(T1/1)에 연결된다. 이 코일의 다른 단자에는 스위칭소자(Q1, Q2)의 드레인단자와 다이오드(D4, D5)의 캐소우드의 접속점에 연결된다. 스위칭소자(Q1, Q2)의 스위칭시 스파이크를 억제하기 위해 저항(R1)과, 캐패시터(C3)가 병렬로 연결된 것이 다이오드(D2)와 직렬로 연결되어 이것이 제 1인덕터 1차 제1코일(T1/1)에 병렬로 연결된다. 방전등의 점등 유무를 알기 위하여 제 1 인덕터의 2차코일(T1/3)에는 유기되는 전압을 다이오드(D3)에 의해 정류하고 캐패시터(C4)에 의해 평활하여 단자(5)로 출력한다. 한편 스위칭소자(Q1)의 소스에는 스위칭소자(Q3)의 드레인과 다이오드(D6)의 캐소우드와 캐패시터(C6)와 다이오드(D4)의 애노우드 및 제2 인덕터의 1차코일(T2/1)의 한 단자에 접속된다. 그리고 스위칭소자(Q2)의 소오스는 스위칭소자(Q4)의 드레인과 다이오드(D7)의 캐소우드와 캐패시터(C8)와 다이오드(D5)의 애노우드 및 램프에 연결된다. 스위칭소자(Q3)의 소스와 다이오드(D6)의 애노우드와 캐패시터(C6)와 스위칭소자(Q4)의 소스와 다이오드(D7)의 애노우드와 캐패시터(C8)의 다른 단자는 전류검출부(220)의 저항(R2)와 캐패시터(C5)의 접속점에 연결된다.The inverter unit 200 includes switching elements Q1-Q4, diodes D1-D7, inductors T1, T2, resistors R1, capacitors C3, C4, C6, C8, and high voltage. It is composed of a generator 210 and a current detector 220. The DC first voltage V1 supplied by the power circuit unit 100 is connected to the first inductor primary first coil T1 / 1. The other terminal of this coil is connected to the connection terminal of the drain terminals of the switching elements Q1 and Q2 and the cathodes of the diodes D4 and D5. In order to suppress spikes during switching of the switching elements Q1 and Q2, a resistor R1 and a capacitor C3 connected in parallel are connected in series with the diode D2, and this is the first inductor primary coil T1. / 1) in parallel. In order to know whether the discharge lamp is lit or not, the induced voltage is rectified by the diode D3 in the secondary coil T1 / 3 of the first inductor, and smoothed by the capacitor C4 and output to the terminal 5. On the other hand, the source of the switching element Q1 includes the drain of the switching element Q3, the cathode of the diode D6, the anode of the diode C4, the anode of the diode D4, and the primary coil T2 / 1 of the second inductor. Is connected to one terminal. The source of the switching element Q2 is connected to the drain of the switching element Q4 and the cathode of the diode D7 and the anode and the lamp of the capacitor C8 and the diode D5. The source of the switching element Q3 and the anode of the diode D6 and the capacitor C6 and the source of the switching element Q4 and the anode of the diode D7 and the other terminal of the capacitor C8 are the current detector 220. Is connected to the connection point of the resistor R2 and the capacitor C5.
인버터부(200)의 회로동작원리는 도 4A와 도 4B 및 도 5를 참조하여 설명한다. 스위칭소자(Q1-Q4)는 쌍으로 동작하는데 스위칭소자(Q4)와 스위칭소자(Q1)가 한쌍으로 동작하고 스위칭소자(Q3)와 스위칭소자(Q2)가 한쌍으로 동작한다. 도 5에서와 같이 스위칭소자(Q4)는 수십Hz에서 1KHz이하의 저 주파수로 스위칭을 하고 같은 기간에 스위칭소자(Q1)는 수십 KHz의 고주파수로 스위칭을 한다. 주기(T1)이 끝나면 스위칭소자(Q3, Q2)는 다음주기(T2)에서 스위칭소자(Q4, Q1)과 대칭되게 동작한다. 두 저주파 신호사이에는 데드타임이 존재한다. 먼저 스위칭소자(Q4, Q1)가 스위칭 시간(T1)동안 동작하는 경우 스위칭소자(Q4)가 스위칭 시간(T1)동안 저 주파수로 ON되어 있을 때 스위칭소자(Q1)는 고 주파수로 스위칭을 하는데 이로 인해 스위칭소자(Q4)는 저주파 스위칭에 의해 발열이 적으나 스위칭소자(Q1)은 고주파 스위칭을 하므로 발열이 많이 된다. 더구나 전전압 스위칭을 하는 경우는 매우 많은 열이 발생한다. 그러나 본 발명은 스위칭 소자(Q1)이 고주파 스위칭을 하더라도 인덕터(T1)와 캐패시터(C6)가 공진을 일으켜 영전류에서 스위칭을 하여 열발생을 억제한다. 스위칭소자(Q1)가 스위칭 할 때 각부 파형은 도 4B에 제시되어있다. 이때 단자(P1)에서 스위칭소자(Q1)의 게이트가 ON될때 제 1 인덕터 1차 제1코일(T1/1)과 캐패시터(C6)에 의한 공진에 의해 영전류에서 스위칭을 하고 스위칭소자(Q1)이 OFF되는 순간 제 1 인덕터 1차 제1코일(T1/1)에 의한 역기전력에 의해 도 4B의 V2 파형과 같은 파형이 발생한다. 이를 억제하기 위하여 제 1인덕터 1차 제2코일(T1/2)에 유기된 전압을 다이오드(D1)에 의해 환류시켜 캐패시터(Cp)에 저장하였다가 다음 스위칭시 부하측에 유효 에너지로 사용된다. 즉 제 1 인덕터 1차 제1코일(T1/1)에 의하여 역기전력이 발생하는 순간에 제 1인덕터 1차 제2코일(T1/2)에 의해 전류(i)의 방향으로 전류가 발생되어 캐패시터(Cp)에 에너지를 축적시킨다. 다이오드(D2)와 저항(R1)과 캐패시터(C3)는 스위칭 순간의 스파이크 전압을 억제하기 위해 삽입한다. 스위칭소자(Q4, Q1)가 OFF되고 스위칭소자(Q2, Q3)가 동작하는 경우에도 위와 같은 방식으로 동작하여 스위칭하는 순간에 영전류 스위칭을 하고 역기전력을 억제하여 소프트 스위칭을 한다.The circuit operation principle of the inverter unit 200 will be described with reference to FIGS. 4A, 4B, and 5. The switching elements Q1 to Q4 operate in pairs. The switching elements Q4 and Q1 operate in pairs, and the switching elements Q3 and Q2 operate in pairs. As shown in FIG. 5, the switching element Q4 switches at a low frequency of several tens of Hz to 1 KHz or less, and in the same period, the switching element Q1 switches at a high frequency of several tens of KHz. When the period T1 ends, the switching elements Q3 and Q2 operate symmetrically with the switching elements Q4 and Q1 in the next period T2. There is a dead time between the two low frequency signals. First, when the switching elements Q4 and Q1 operate for the switching time T1, the switching element Q1 switches to the high frequency when the switching element Q4 is turned on at the low frequency during the switching time T1. Due to this, the switching element Q4 generates little heat by low frequency switching, but the switching element Q1 performs high frequency switching, thereby generating a lot of heat. In addition, when full-voltage switching, a lot of heat is generated. However, in the present invention, even though the switching element Q1 performs the high frequency switching, the inductor T1 and the capacitor C6 generate resonance to switch at zero current to suppress heat generation. Part waveforms are shown in FIG. 4B when switching element Q1 switches. At this time, when the gate of the switching device Q1 is turned on at the terminal P1, switching is performed at zero current by resonance by the first inductor primary first coil T1 / 1 and the capacitor C6, and the switching device Q1 The waveform similar to the waveform V2 of FIG. 4B is generated by the counter electromotive force by the first inductor primary first coil T1 / 1 at the time of OFF. To suppress this, the voltage induced in the first inductor primary second coil T1 / 2 is refluxed by the diode D1, stored in the capacitor Cp, and used as an effective energy at the load side during the next switching. That is, at the moment when the counter electromotive force is generated by the first inductor primary first coil T1 / 1, a current is generated in the direction of the current i by the first inductor primary second coil T1 / 2, and thus the capacitor ( Accumulate energy in Cp). Diode D2, resistor R1 and capacitor C3 are inserted to suppress the spike voltage at the moment of switching. Even when the switching elements Q4 and Q1 are turned off and the switching elements Q2 and Q3 are operated, the same operation is performed as described above to perform zero current switching at the moment of switching, and soft switching by suppressing counter electromotive force.
고압발생부(210)는 저항(R3-R5)와, 캐패시터(C7)와, 다이액(D11)과 싸이리스터(QS1)와 인덕터 겸 변압기(T2)로 구성된다. 이는 고압방전등 시동 초기에 시동개시를 위한 임펄스 전압을 발생시킨다. 단자(P1)과 단자(P2)사이에 캐패시터(C7)와 저항(R5)이 직렬로 연결되며, 저항(R5)과 캐패시터(C7)의 접속점과 단자(P1)사이에는 저항(R3, R4)가 직렬로 연결된 것이 병렬로 연결되고, 마찬가지로 싸이리스터(QS1)과 제2 인덕터 2차코일(T2/2)이 직렬로 연결된 것도 여기에 병렬로 연결된다. 다이액(D11)은 저항(R3, R4)의 접속점과 싸이리스터(QS1)의 게이트 사이에 연결된다.The high voltage generator 210 includes a resistor R3-R5, a capacitor C7, a die solution D11, a thyristor QS1, an inductor and a transformer T2. This generates an impulse voltage for starting the start at the beginning of the high-voltage discharge lamp. A capacitor C7 and a resistor R5 are connected in series between the terminal P1 and the terminal P2, and the resistors R3 and R4 are connected between the connection point of the resistor R5 and the capacitor C7 and the terminal P1. Is connected in parallel, and similarly, the thyristor QS1 and the second inductor secondary coil T2 / 2 are connected in series. The die solution D11 is connected between the connection points of the resistors R3 and R4 and the gate of the thyristor QS1.
고압발생부(210)의 동작은 스위칭소자(Q1-Q4)가 동작하면 저항(R5)를 통해서 캐패시터(C6)에 전하가 충전되고 이에 따라 저항(R3, R4)에 의해 분압된 전압이 다이액(D11)의 문턱치 전압을 넘어서는 순간 싸이리스터(QS1)의 게이트에 신호를 보내 도통되면 캐패시터(C7)에 충전된 전하가 방전되고 방전을 완료하면 싸이리스터(QS1)가 OFF 되는 순간 제2 인덕터 2차코일(T2/2)에 역기전력이 발생하고 인덕터(T2)의 1,2차권선비에 의해 제 2인덕터의 1차권선(T2/1)에 고전압이 유기되어 방전등에 인가된다.In the operation of the high voltage generator 210, when the switching elements Q1 to Q4 operate, charges are charged to the capacitor C6 through the resistor R5, and thus the voltage divided by the resistors R3 and R4 is reduced. The second inductor 2 is discharged when the charge charged in the capacitor C7 is discharged when a signal is transmitted to the gate of the thyristor QS1 at the moment when the threshold voltage of D11 is exceeded, and the thyristor QS1 is turned off when the discharge is completed. The counter electromotive force is generated in the secondary coil T2 / 2, and a high voltage is induced in the primary winding T2 / 1 of the second inductor by the primary and secondary winding ratios of the inductor T2 and applied to the discharge lamp.
전류 검출부(220)는 저항(R2)과 캐패시터(C5)로 구성된다. 이는 흐르는 전류를 저항(R2)에 의해 전압으로 변환하고 캐패시터(C5)에 의해 평활하여 고주파 발생부(310)의 피드백 전압으로 입력된다.The current detector 220 includes a resistor R2 and a capacitor C5. This converts the flowing current into a voltage by the resistor R2 and smoothes it by the capacitor C5 and inputs it to the feedback voltage of the high frequency generator 310.
구동회로부(300)는 고주파 발생부(310)와 인버터 드라이브부(320)로 구성된다. 이는 인버터부(200)의 스위칭소자(Q1-Q4)를 스위칭하는 신호를 제공한다. 이에 대한 파형은 도 5에 도시되어있다.The driving circuit unit 300 includes a high frequency generator 310 and an inverter drive unit 320. This provides a signal for switching the switching elements Q1-Q4 of the inverter unit 200. The waveform for this is shown in FIG. 5.
인버터 드라이브부(320)는 광 신호분리기(ISO1, ISO2)와, 저항(R6, R7)과 AND 게이트(U2/1, U2/2, U2/3, U2/4)와, 다이오드((D9, D10)과 스위칭소자(QT1, QT2)로 구성된다. 단자(2)는 AND 게이트(U2/3)와 AND 게이트(U2/4)와 다이오드(D9)의 애노우드와 스위칭소자(QT1)의 베이스에 접속된다. 단자(3)는 AND 게이트(U2/1)와 AND 게이트(U2/2)와 다이오드(D10)의 애노우드와 스위칭소자(QT2)의 베이스에 접속된다. 고주파 발생부(310)의 PWM IC(U1) 단자(1)는 AND게이트(U2/1-U2/4)의 다른 단자에 접속된다. AND 게이트(U2/1, U2/2)의 출력은 저항(R6)를 통해 광신호 분리기(ISO1)에 연결된다. 또한 AND 게이트(U2/3, U2/4)의 출력은 저항(R7)을 통해 광신호 분리기(ISO2)에 연결된다. 광신호분리기(ISO1)의 단자(1)는 직류 제 2 보조전원의 양극에 연결되고 단자(3)는 음극과 단자(P1)에 연결된다. 광신호 분리기(ISO1)의 단자(2)는 스위칭소자(Q1)의 게이트에 연결된다. 광신호분리기(ISO2)의 단자(1)는 직류 제3 보조전원의 양극에 연결되고 단자(3)는 음극과 단자(P2)에 연결된다. 광신호분리기(ISO2)의 단자(2)는 스위칭소자(Q2)의 게이트에 연결된다.The inverter drive unit 320 includes optical signal separators ISO1 and ISO2, resistors R6 and R7, AND gates U2 / 1, U2 / 2, U2 / 3 and U2 / 4, and diodes (D9, D10) and the switching elements QT1 and QT2.The terminal 2 has an AND gate U2 / 3, an AND gate U2 / 4, an anode of the diode D9, and a base of the switching element QT1. The terminal 3 is connected to the AND gate U2 / 1, the AND gate U2 / 2, the anode of the diode D10, and the base of the switching element QT2. The PWM IC (U1) terminal 1 is connected to the other terminals of the AND gates U2 / 1-U2 / 4 The outputs of the AND gates U2 / 1 and U2 / 2 are optically connected through the resistor R6. And the outputs of the AND gates U2 / 3 and U2 / 4 are connected to the optical signal separator ISO2 via a resistor R7 Terminal 1 of the optical signal separator ISO1 is connected to the signal separator ISO1. ) Is connected to the positive pole of the DC secondary auxiliary power source and the terminal 3 is connected to the negative pole and the terminal P1. 2) is connected to the gate of the switching element Q1.The terminal 1 of the optical signal separator ISO2 is connected to the positive pole of the DC third auxiliary power source and the terminal 3 is connected to the negative pole and the terminal P2. The terminal 2 of the optical signal separator ISO2 is connected to the gate of the switching element Q2.
인버터 드라이브부(320)는 저주파 발생부(410)로부터 저주파 신호를 단자(2, 3)로 받아 이를 스위칭소자(QT1, QT2)와 다이오드(D9, D10)로 변환하여 스위칭소자(Q3, Q4)의 게이트에 공급한다. 그리고 고주파 신호를 PWM IC(U1)의 단자(1)로부터 받아 이 고주파 신호와 단자(2, 3)로 입력된 저주파 신호를 AND 게이트(U2)로 합성하여 저항(R6, R7)을 통해 광 신호분리기(ISO1, ISO2)로 신호를 분리하여 스위칭소자(Q1, Q2)에 공급한다. 이에 대한 각부의 파형은 도 5에 도시되어있다.The inverter drive unit 320 receives the low frequency signals from the low frequency generator 410 to the terminals 2 and 3 and converts the low frequency signals into the switching elements QT1 and QT2 and the diodes D9 and D10 to switch the switching elements Q3 and Q4. Is supplied to the gate. Then, the high frequency signal is received from the terminal 1 of the PWM IC U1 and the high frequency signal and the low frequency signal input to the terminals 2 and 3 are synthesized by the AND gate U2 to receive the optical signal through the resistors R6 and R7. The signal is separated by the separators ISO1 and ISO2 and supplied to the switching elements Q1 and Q2. The waveform of each part is shown in FIG. 5.
고주파 발생부(310)는 PWM IC(U1)와 저항(R8-R17)과, 다이오드(D8)와 캐패시터(C9, C10)로 구성되어있다. IC(U1)의 단자(2)는 직류 제1 보조전원의 양극에 연결되고 단자(8)에는 음극이 연결된다. 직류 제1 보조전원의 양극과 단자(1)와의 사이에는 저항(R14)이 연결된다. PWM IC(U1)의 단자(4)는 전류검출부(220)의 저항(R2)와 캐패시터(C5)의 접속점에서 저항(R9)와 캐패시터(C9)와 직렬로 연결된것이 저항(R10)과 병렬로 연결되어 PWM IC(U1)의 단자(4) 및 단자(5)에 연결된다. 또한 직류 제1보조전원의 양극과 음극 사이에 저항(R8, R13)이 직렬로 연결되고 그 연결점이 다이오드(D8)을 통해 PWM IC(U1) 단자(4)에 연결된다. PWM IC(U1)의 단자(3)과 단자(4)사이에는 저항(R11)와 캐패시터(C10)와 직렬로 연결된 것이 저항(R12)에 병렬로 연결되어 삽입된다. 직류 제1 보조전원의 양극과 음극 사이에 저항(R15, R17)이 직렬로 연결되고 그 연결점이 PWM IC(U1) 단자(6)에 연결된다. 또한 단자(7)와 음극 사이에는 저항(R16)이 연결된다.The high frequency generator 310 is composed of a PWM IC U1, resistors R8-R17, a diode D8, and capacitors C9, C10. The terminal 2 of the IC U1 is connected to the positive electrode of the direct current first auxiliary power source and the negative electrode is connected to the terminal 8. A resistor R14 is connected between the positive electrode of the direct current first auxiliary power source and the terminal 1. The terminal 4 of the PWM IC U1 is connected in series with the resistor R10 and the resistor C9 at the connection point of the resistor R2 of the current detector 220 and the capacitor C5 in parallel with the resistor R10. It is connected to the terminal 4 and the terminal 5 of the PWM IC U1. In addition, resistors R8 and R13 are connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the DC first auxiliary power source, and a connection point thereof is connected to the PWM IC U1 terminal 4 through the diode D8. A terminal connected in series with the resistor R11 and the capacitor C10 is inserted between the terminal 3 and the terminal 4 of the PWM IC U1 in parallel with the resistor R12. The resistors R15 and R17 are connected in series between the positive electrode and the negative electrode of the direct current first auxiliary power source and their connection points are connected to the PWM IC (U1) terminal 6. In addition, a resistor R16 is connected between the terminal 7 and the cathode.
고주파 발생부(310)는 도 5의 PWM IC(U1)의 고주파수의 파형이 만들어진다. PWM IC(U1)의 단자(7)에 연결된 저항(R16)은 그 크기에 따라서 주파수가 변하고, 저항(R15, R17)에 의해 분압된 전압이 단자(6)에 가해지는데 이 전압 크기에 따라 듀티비의 최소치가 결정된다. 만들어진 고주파 파형은 PWM IC(U1)의 단자(1)에서 출력되는데 AND 게이트(U2/1-U2/4)의 입력으로 되며 단자(8)로 출력한다. PWM IC(U1)단자(1)단자(4)는 방전등이 점등되었을 때 흐르는 전류가 전압으로 환원되어 피드백 전압으로 입력된다. 이 전압의 크기에 따라서 펄스폭의 크기가 결정되어 결과적으로 정출력 제어를 한다. 그리고 저항(R8, R9)에 의해서 분압된 전압은 다이오드(D8)를 통해 단자(4)에 입력되는데 듀티비의 최대치를 갖게된다. 또한 단자(3)은 단자(4)로 입력되는 신호를 보정하는 역할을 한다. 또한 인버터에 과도한 전류가 흐르면 단자(5)에 정상전압보다 높은 전압이 입력되어 단자(1)에 출력신호를 중단시키고 전원이 꺼졌다가 다시 공급될 때까지 출력 중단이 지속되어 안정기를 보호한다.The high frequency generator 310 generates a high frequency waveform of the PWM IC U1 of FIG. 5. The resistor R16 connected to the terminal 7 of the PWM IC U1 varies in frequency according to its magnitude, and the voltage divided by the resistors R15 and R17 is applied to the terminal 6. The minimum value of the ratio is determined. The generated high frequency waveform is output from the terminal 1 of the PWM IC U1 and becomes the input of the AND gates U2 / 1-U2 / 4 and outputs to the terminal 8. In the PWM IC U1 terminal 1, the current flowing when the discharge lamp is turned on is reduced to a voltage and inputted as a feedback voltage. The magnitude of the pulse width is determined according to the magnitude of this voltage, resulting in constant power control. The voltage divided by the resistors R8 and R9 is input to the terminal 4 through the diode D8 to have a maximum duty ratio. In addition, the terminal 3 serves to correct a signal input to the terminal 4. In addition, when excessive current flows through the inverter, a voltage higher than the normal voltage is input to the terminal 5 to stop the output signal to the terminal 1, and the output stops until the power is turned off and supplied again to protect the ballast.
저주파 발생 및 보호회로부(400)는 저주파 발생부(410)와 보호회로부(420)로 구성된다. 여기에는 다른 실시예의 저주파 발생부(415)도 도시되어 있다. 이 회로는 저주파 발생부(410)와 같이 상용교류를 입력받아 입력된 교류와 같은 주파수를 발생시키거나 다른 실시예의 저주파 발생부(415)와 같이 고주파 발생부(310)로부터 고주파 신호를 입력받아 이를 카운터에 의하여 신호를 가공하여 저주파 신호를 만든다. 그리고 안정기가 일정시간이 경과하여도 점등 실패를 하거나 과열상태가 되면 보호회로부(420)에 의해 출력을 중단하여 안정기를 보호한다.The low frequency generation and protection circuit unit 400 includes a low frequency generation unit 410 and a protection circuit unit 420. Also shown here is a low frequency generator 415 of another embodiment. The circuit generates a frequency equal to an alternating current input by receiving a commercial exchange, such as the low frequency generator 410, or receives a high frequency signal from the high frequency generator 310, such as the low frequency generator 415 of another embodiment. The counter processes the signal to produce a low frequency signal. When the ballast fails to turn on even after a certain time elapses or becomes overheated, the protection circuit unit 420 stops the output to protect the ballast.
저주파 발생부(410)는 저항(R21-R26)과, 캐패시터(C21, C22)와, 스위칭소자(QT7, QT8)와 버퍼(U6)와 다이오드(D12, D13)로 구성된다.The low frequency generator 410 includes resistors R21 to R26, capacitors C21 and C22, switching elements QT7 and QT8, a buffer U6, and diodes D12 and D13.
저주파 발생부(410)는 교류 입력신호를 단자(6, 7)로 입력받아 반파 정류하여 이를 스위칭소자(QT7, QT8)의 베이스 신호에 인가하여 버퍼를 거쳐 단자(2), 단자(3)을 통해 인버터 구동부(300)에 공급한다.The low frequency generator 410 receives an AC input signal through the terminals 6 and 7 and rectifies the half wave, and applies it to the base signals of the switching elements QT7 and QT8 to pass through the buffer to the terminals 2 and 3. Supply to the inverter driver 300 through.
보호회로부(420)는 2진 카운터(U5)와, 저항(R30-R36)과, NOR 게이트(U3/3, U3/4)와, 스위칭소자(QT6)와, 다이오드(D15, D16)와, 싸이리스터(QS2)와 캐패시터(C31)와 온도스위치(T/S)로 구성된다. 공급된 상용 교류전원은 단자(7)을 통해 다이오드(D13)와 저항(R30)의 직렬 연결에 의하여 카운터(U5)의 클럭단자(CLK)에 연결된다. 클럭단자와 마이너스 사이에는 저항(R31)과 캐패시터(C31)가 삽입된다. 카운터(U5)의 출력단자(12)와 마이너스 사이에 저항(R32)과 스위칭소자(QT6)가 직렬로 연결되고 스위칭소자(QT6)의 베이스는 저항(R33)을 통해 단자(5)로 연결된다. 그리고 NOR게이트(U3/4)의 한 입력은저항(R32)과 스위칭소자(QT6)의 콜렉터의 접속점에 연결되고 단자(1)와 단자(4) 사이에 저항(R35, R36)이 직렬로 연결되고 저항(R36)에 온도스위치(T/S)가 병렬로 연결되어 저항(R35, R36)과 온도스위치(T/S)의 접속점이 NOR게이트 (U3/4)의 다른 단자에 연결된다. NOR게이트(U3/4)의 출력은 NOR게이트(U3/3)의 입력이 되고 NOR 게이트(U3/3)의 출력과 싸이리스터(QS2)의 게이트 사이에 저항(R34)이 연결된다. 다이오드(D15, D16)의 캐소우드는 싸이리스터(QS2)의 애노우드에 접속된다. 그리고 다이오드(D15)는 저주파 발생부(410)의 저항(R26)과 스위칭소자(QT8)의 콜렉터의 접속점에, 다이오드(D16)은 저항(R22)과 스위칭소자(QT7)의 콜렉터의 접속점에 각각 연결된다.The protection circuit unit 420 includes a binary counter U5, resistors R30-R36, NOR gates U3 / 3 and U3 / 4, a switching element QT6, diodes D15 and D16, It consists of a thyristor QS2, a capacitor C31, and a temperature switch T / S. The supplied commercial AC power supply is connected to the clock terminal CLK of the counter U5 by the series connection of the diode D13 and the resistor R30 through the terminal 7. A resistor R31 and a capacitor C31 are inserted between the clock terminal and the minus. The resistor R32 and the switching element QT6 are connected in series between the output terminal 12 and the minus of the counter U5, and the base of the switching element QT6 is connected to the terminal 5 through the resistor R33. . One input of the NOR gate U3 / 4 is connected to the connection point of the resistor R32 and the collector of the switching element QT6 and the resistors R35 and R36 are connected in series between the terminal 1 and the terminal 4. The temperature switch T / S is connected in parallel to the resistor R36, and a connection point of the resistors R35 and R36 and the temperature switch T / S is connected to the other terminal of the NOR gate U3 / 4. An output of the NOR gate U3 / 4 is an input of the NOR gate U3 / 3, and a resistor R34 is connected between the output of the NOR gate U3 / 3 and the gate of the thyristor QS2. The cathodes of diodes D15 and D16 are connected to the anodes of thyristor QS2. The diode D15 is connected to the connection point of the resistor R26 of the low frequency generator 410 and the collector of the switching element QT8, and the diode D16 is connected to the connection point of the collector of the resistor R22 and the switching element QT7, respectively. Connected.
보호회로부(420)는 방전등이 일정시간이 경과하여도 점등되지 않을 때나 과열되었을 때 전원을 차단하여 안정기를 보호한다. 카운터(U5)의 출력단자(12)는 예를 들면 14비트 2진 카운터의 경우 입력이 60Hz라면 클럭 신호가 8192회의 싸이클 입력하면 HIGH 신호로 전환된다. 이것은 약 2분 16초 경과한 시간으로 이때까지 방전등이 점등되지 않으면 스위칭소자(QT6)가 OFF상태이므로 저항(R32)를 거쳐 NOR 게이트(U3/4)에 HIGH 신호가 입력되어 싸이리스터(QS2)를 ON시켜 저주파 발생부(410)의 출력단자(2),(3)의 신호 출력을 정지시킨다. 그러나 방전등이 구동되면 단자(5)를 통해 저항(R33)을 거쳐 스위칭소자(QT6)의 베이스를 구동시켜 NOR게이트(U3/4)의 입력신호를 LOW 상태로 하여 정상 출력한다.The protection circuit unit 420 protects the ballast by shutting off the power when the discharge lamp is not turned on even after a predetermined time elapses or when it is overheated. The output terminal 12 of the counter U5, for example, in the case of a 14-bit binary counter, is switched to the HIGH signal when the clock signal is input 8192 cycles if the input is 60 Hz. This is about 2 minutes and 16 seconds. If the discharge lamp does not turn on until this time, the switching element QT6 is turned off. Therefore, a HIGH signal is inputted to the NOR gate U3 / 4 through the resistor R32 and the thyristor QS2 is turned on. The signal output of the output terminals 2, 3 of the low frequency generator 410 is stopped by turning ON. However, when the discharge lamp is driven, the base of the switching element QT6 is driven through the resistor R33 through the terminal 5 to bring the input signal of the NOR gate U3 / 4 to LOW to output normally.
상기와 다른 실시예의 저주파발생부(415)는 2진 카운터(U8)와, NOR 게이트(U3/1, U3/2)와 AND 게이트(U4/1-U4/3)와 저항(R40-R42)과, 스위칭소자(QT5)와 캐패시터(C41)와 다이오드(D17)로 구성된다. 단자(1)과 단자(4)사이에 직류 제1 보조전원의 직류전압이 공급되고 단자(8)로부터 공급된 고주파 발생부(310)의 고주파 신호가 입력되면 스위칭소자(QT5)는 저항(R41)에 의해 ON상태가 되고 이로 인해 카운터(U8)의 리세트 단자(RST)가 LOW 상태가 되어 정상 동작이 개시된다. 카운터(U8)가 14비트이고 입력주파수가 50KHz라면 카운터(U8)의 10번단자를 통해서는 입력신호보다 1024배의 주기를 갖는 출력신호가 발생한다. 이는 약 97Hz의 주파수가 된다. 이 신호는 AND 게이트(U4/1)에 입력되면 저항(R42, C41)에 의해 지연된 신호가 NOR 게이트(U3/2)의 입력이되고 AND 게이트(U4/2)의 한 단자의 입력이 된다. AND게이트(U4/2)의 다른단자에는 카운터(U10)의 출력신호가 그대로 입력된다. 이 과정은 유 신호구간의 데드타임을 위해 삽입한다. AND 게이트(U4/2)의 출력은 버퍼(U7/4-U7/6)을 거쳐 단자(3)으로 출력한다. 한편 카운터의(U8)의 단자(10)의 추력이 NOR 게이트(U3/1)를 거쳐 AND 게이트(U4/3)의 입력이 되고 다른 단자는 NOR 게이드(U3/2)의 출력에 연결된다. 이 출력은 버퍼(U7/1-U7/3)를 거쳐 단자(2)로 출력한다. 만약 보호회로부가 작동을 하면 스위칭소자(RT5)가 OFF되어 카운터(U8)의 리세트단자(RST)와 NOR 게이트(U3/1)가 HIGH가 되어 모든 출력을 중단한다.The low frequency generator 415 of the embodiment different from the above includes the binary counter U8, the NOR gates U3 / 1 and U3 / 2, the AND gates U4 / 1-U4 / 3, and the resistors R40-R42. And a switching element QT5, a capacitor C41, and a diode D17. When the DC voltage of the DC first auxiliary power is supplied between the terminal 1 and the terminal 4, and the high frequency signal of the high frequency generator 310 supplied from the terminal 8 is input, the switching element QT5 receives the resistor R41. Is turned on, and the reset terminal RST of the counter U8 goes to the LOW state, thereby starting normal operation. If the counter U8 is 14 bits and the input frequency is 50 KHz, an output signal having a period of 1024 times than the input signal is generated through the terminal 10 of the counter U8. This is a frequency of about 97 Hz. When this signal is input to the AND gate U4 / 1, the signal delayed by the resistors R42 and C41 becomes the input of the NOR gate U3 / 2 and becomes the input of one terminal of the AND gate U4 / 2. The output signal of the counter U10 is input as it is to the other terminal of the AND gate U4 / 2. This process is inserted for dead time of valid signal section. The output of the AND gate U4 / 2 is output to the terminal 3 via the buffer U7 / 4-U7 / 6. On the other hand, the thrust of the terminal 10 of the counter U8 is input to the AND gate U4 / 3 via the NOR gate U3 / 1 and the other terminal is connected to the output of the NOR gate U3 / 2. This output is output to the terminal 2 via the buffers U7 / 1-U7 / 3. If the protection circuit unit is operated, the switching element RT5 is turned off, and the reset terminal RST and the NOR gate U3 / 1 of the counter U8 become HIGH to stop all output.
본 발명의 효과는 미국 특허 US5,428,268에 개시되어 있는 바와 같이 풀브리지 인버터의 전단에서 직류를 고 주파로 스위칭하여 스위칭된 고주파 직류 전원을 만들고 이를 풀브리지 인버터에 공급하여 저주파수로 인버팅을 하는 안정기를 제공하는데 비해 본 발명은 풀브리지 전단에서의 직류 스위칭하는 단계를 없애고 풀브리지 인버터에서 직접 고주파와 저주파의 스위칭을 동시에 진행하면서 HIGH 부분의 고주파 스위칭시 공진방식에 의한 소프트 스위칭에 의해 발열을 줄여 회로를 간단히 하고 염가로 안정기를 구현한다.The effect of the present invention is as described in US Patent US 5,428,268 ballast for inverting at a low frequency by switching the direct current to a high frequency at the front end of the full bridge inverter to produce a switched high frequency DC power supply and supply it to the full bridge inverter In contrast, the present invention eliminates the step of switching the DC at the front end of the full bridge and simultaneously performs the switching of the high frequency and the low frequency directly at the full bridge inverter while reducing the heat generated by the soft switching by the resonance method during the high frequency switching of the high part circuit. Simplify and implement ballast at low cost.
발명의 두 번째 효과는 인버터의 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동회로부에 있어 인버터부의 LOW부분을 저주파 스위칭하고 HIGH부분에 고주파스의칭을 하기 위한 구동파형을 제공하는 구동회로부를 구비하고 있다.A second effect of the present invention includes a driving circuit portion for driving a switching element of the inverter for low frequency switching the LOW portion of the inverter portion and providing a driving waveform for high frequency switching on the HIGH portion.
본 발명의 세 번째 효과는 구동회로부에 신호를 공급하는 저주파 신호 발생회로를 구비하고 있다.A third effect of the present invention is to provide a low frequency signal generation circuit for supplying a signal to the driving circuit portion.
본 발명의 네 번째 효과는 이상 동작으로부터 안정기를 보호하기 위한 과전류보호, 인버터의 과열보호, 시동실패보호를 하는 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.A fourth effect of the present invention is to provide an electronic ballast for a high-pressure discharge lamp for overcurrent protection, overheat protection of the inverter, start failure protection for protecting the ballast from abnormal operation.
본 발명의 마지막 효과는 고주파수 발생기에서 정출력 제어를 하는 고압 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.The final effect of the present invention is to provide an electronic ballast for a high-pressure discharge lamp that performs a constant power control in the high frequency generator.
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2000
- 2000-03-20 KR KR1020000014146A patent/KR100339780B1/en not_active IP Right Cessation
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