KR20010109012A

KR20010109012A - 형광등용 전자식 안정기의 파고율 저감방법

Info

Publication number: KR20010109012A
Application number: KR1020000030116A
Authority: KR
Inventors: 오범근
Original assignee: 오범근
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2001-12-08

Abstract

본 발명은 형광등용 전자식 안정기의 파고율 저감방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전자식 안정기의 입력단에 있는 PFC(Power Factor Correction)가 만드는 50% 벨리-필(valley-fill) 전압 파형을 이용하여 스위칭 주파수를 변조시키는 방법에 의해 간단하게 파고율을 낮출 수 있는 형광등용 전자식 안정기의 파고율 저감방법에 관한 것으로,

PFC의 출력으로서 50% 벨리-필 전압 V(pfc)에서 입력단의 최고 전압의 반인 벨리 전압 만큼을 빼어 피드-포워드 제어 신호(fff)를 만든 다음, 여기에 피드-포워드 제어 신호(fff)를 이득(K)로 그 폭을 적절히 조절하고 미리 설정된 최저 발광 주파수(frun,min)에 실어서 만들어진 스위칭 변조 제어 주파수(fcontrol)로 스위칭함을 특징으로 하는 형광등용 전자식 안정기의 파고율 저감방법이다.

Description

형광등용 전자식 안정기의 파고율 저감방법 {A METHOD TO REDUCE CREST FACTOR OF ELECTRONIC BALLAST LAMPS USING PULSE FREQUENCY MODULATION}

본 발명은 형광등용 전자식 안정기의 파고율 저감방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전자식 안정기의 입력단에 있는 PFC(Power Factor Correction)가 만드는 50% 벨리-필(valley-fill) 전압 파형을 이용하여 스위칭 주파수를 변조시키는 방법에 의해 간단하게 파고율을 낮출 수 있는 형광등용 전자식 안정기의 파고율 저감방법에 관한 것이다.

형광등의 수명은 형광등을 켜는데 필요한 순간적인 고전압으로 인한 필라멘트의 피로와 형광등 전류의 파고율에 의해 영향을 받는다.

전자식 안정기는 시동 시나리오를 이용해 이 러한 필라멘트의 피로를 줄이고, 파고율을 감소시킨다.

따라서, 기존의 안정기에 비해 형광등을 오래 쓸 수 있으며, 형광등의 수요가 많은 대형 간판이나 대형 건물에서 많이 사용되고 있다.

최근에는 특히 파고율 감소에 대한 관심이 높아져 왔으며, 많은 방법이 개발되었다.

그러나 현재 개발되어있는 파고율 저감 기법은 스위치나 공진 회로, 변압기 등으로 이루어진 별도의 저감 제어 회로를 부착하기 때문에 회로의 크기가 커지고 복잡하며, 효율도 그리 높지 못했다.

이를 첨부된 도면 도 1 내지 도 4를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 형광등용 전자식 안정기의 블록도이고, 도 2는 종래 형광등용 전자식 안정기에 사용되는 공진형 인버터의 주파수 특성도이고, 도 3은 종래 형광등 전류의 인벨롭도이고, 도 4는 도 종래 저감방법에 의한 스위칭 주파수와 형광등 전류의 파형도이다.

입력단에 교류 전압이 인가되면 EMI 필터와 정류기를 거쳐 직류로 변환된다.

이 직류 전압은 수동형 PFC에 의해 50% 벨리-필(valley-fill) 전압으로 변환되어 공진형 인버터에 인가된다.

공진형 인버터는 이 전압을 공진 회로에 의해 필터링하여 형광등에 보낸다.

순간적인 고전압으로 인한 형광등 필라멘트의 피로를 경감시키기 위한 시동 시나리오는, 도 2에서 처럼 같은 공진형 인버터의 주파수 특성 곡선을 이용하며, 인버터의 스위칭 주파수를 조정함으로써 이루어진다.

시동 시나리오는 예열, 점등, 발광의 세 단계로 이루어지고, 예열은 형광등을 켜기 전에 필라멘트에 전류를 흘려주는 과정이다.

형광등이 켜지기 전에는 형광등의 임피던스가 매우 크므로, 특성 곡선은 도 2의 곡선과 같이 나타난다.

이 과정 중에는 인버터의 스위칭 주파수를 크게 하여 형광등에 걸리는 전압을 작게 하고, 또한 소프트 스위칭(soft switching)을 하여 손실을 줄인다.

충분히 예열되면 스위칭 주파수를 낮추어 형광등에 고전압이 걸리게 한다.

고전압으로 인해 형광등이 점등되면 형광등의 부하가 매우 작아지므로 특성 곡선은 도 2의 아래의 곡선이 된다.

발광시에는 적당한 스위칭 주파수로 이동한다.

이러한 특징을 가진 형광등용 전자식 안정기를 이용하면 도 4의 위의 그림과 같이 인버터의 스위칭 주파수가 변동되며, 아래의 그림과 같은 전류가 형광등에 흐르게 되어 형광등의 수명을 단축시키는 단점을 갖고 있고, 결국 형광등 전류의 인벨롭(envelope)은 도 4와 같이 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전자식 안정기의 입력단에 있는 PFC(Power Factor Correction)가 만드는 50% 벨리-필(valley-fill) 전압 파형을 이용하여 스위칭 주파수를 변조시키는 방법에 의해 종래의 복잡한 제어 회로를 추가할 필요가 없이 간단한 방법으로 파고율을 낮출 수 있으며 형광등 수명을 연장시킬 수 있는 형광등용 전자식 안정기의 파고율 저감방법에 관한 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, PFC의 출력으로서 50% 벨리-필 전압 V(pfc)에서 입력단의 최고 전압의 반인 벨리 전압 만큼을 빼어 피드-포워드 제어 신호(fff)를 만든 다음, 여기에 피드-포워드 제어 신호(fff)를 이득(K)로 그 폭을 적절히 조절하고 미리 설정된 최저 발광 주파수(frun,min)에 실어서 만들어진 스위칭 변조 제어 주파수(fcontrol)로 스위칭함을 특징으로 하는 형광등용 전자식 안정기의 파고율 저감방법을 제공하고자 한다.

도 1은 일반적인 형광등용 전자식 안정기의 블록도,

도 2는 종래 형광등용 전자식 안정기에 사용되는 공진형 인버터의 주파수 특성도,

도 3은 종래 형광등 전류의 인벨롭도,

도 4는 도 종래 저감방법에 의한 스위칭 주파수와 형광등 전류의 파형도,

도 5는 본 발명에 의한 스위치 주파수 제어 블록선도,

도 6은 본 발명에 따른 이득에 대한 스위칭 주파수 제어신호와 피드-포워드 제어신호와의 관계도,

도 7은 본 발명에 의한 형광등 전류의 인벨롭도,

도 8은 본 발명에 의한 스위칭 주파수와 형광등 전류의 파형도.

이하 본 발명을 첨부된 도면 도 5 내지 도 8을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 의한 스위치 주파수 제어 블록선도이고, 도 6은 본 발명에 따른 이득에 대한 스위칭 주파수 제어신호와 피드-포워드 제어신호와의 관계도이고, 도 7은 본 발명에 의한 형광등 전류의 인벨롭도이고, 도 8은 본 발명에 의한 스위칭 주파수와 형광등 전류의 파형도이다.

먼저 본 발명의 기본적인 구성을 살펴보면, PFC의 출력으로서 50% 벨리-필 전압 V(pfc)에서 입력단의 최고 전압의 반인 벨리 전압 만큼을 빼어 피드-포워드 제어 신호(fff)를 만든 다음, 여기에 피드-포워드 제어 신호(fff)를 이득(K)로 그 폭을 적절히 조절하고 미리 설정된 최저 발광 주파수(frun,min)에 실어서 만들어진 스위칭 변조 제어 주파수(fcontrol)로 스위칭함을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면, 파고율은 다음과 같이 정의된다.

CF=(I_lamp,peak)/(I_lamp,rms)

이 식에 의하면, 도 4의 형태로 형광등 전류가 흐르면 파고율이 여전히 높아, 별도의 파고율 저감 제어가 필요함을 알 수 있다.

형광등 전류의 파고율은 공진 회로에 인가되는 전압 파형에 의해 영향을 받는다.

본 발명에 따른 새로운 파고율 저감 방법은, 공진형 인버터의 주파수 특성 곡선을 이용하여 공진 회로에 인가되는 전압 파형을 변형시키는 것이다.

그 원리는 도 2의 아래의 곡선과 같은 발광시 특성 곡선을 보면, 스위칭 주파수를 높이면 출력 전압, 즉 형광등에 걸리는 전압이 작아지고, 스위칭 주파수를 줄이면 출력 전압이 커지는 것을 알 수 있다.

따라서 형광등 전류와 전압은 같은 파형이므로, 도 4에서 형광등 전류가 클 때에는 스위칭 주파수를 높여주고, 형광등 전류가 작을 때에는 스위칭 주파수를 작게 하여, 형광등 전류의 최대치와 평균치의 차이를 줄인다.

그러면 위에서 파고율의 정의로 제시한 식에 의하여 파고율은 감소한다.

즉 본 발명에 따른 파고율 저감 방법은 도 1의 PFC가 만드는 50% 벨리-필(valley-fill) 전압을 받아 스위칭 주파수를 만드는 것으로 그 알고리즘은 도 5와 같다.

이는 PFC의 출력으로서 50% 벨리-필 전압(Vpfc)에서 입력단의 최고 전압의 반, 즉 벨리 전압 만큼을 빼어 피드-포워드 제어 신호(fff)를 만든다.

여기에 피드-포워드 제어 신호(fff)를, 이득(K)로 그 폭을 적절히 조절하고, 미리 설정된 최저 발광 주파수(frun,min)에 실어서 만들어진 스위칭 변조 제어 주파수(fcontrol)로 스위칭을 하는 방법이다.

이 방법을 이용하면 스위칭 주파수 제어 신호(fcontrol)은 최저 발광 주파수(frun,min)에서frun,min + Kfff, peak까지 변한다.

이득(K)에 의한 스위칭 주파수 제어 신호(fcontrol)과 피드-포워드 제어 신호(fff)의 관계가 도 6에 그래프로 도시된다.

PFC 출력 전압과 형광등 전류, 스위칭 변조 제어 주파수(fcontrol)의 파형이 동일하므로, 50% 벨리-필 전압(Vpfc)가 클 때에는 스위칭 주파수도 커지고, 도 2에서처럼 형광등에 걸리는 전압이 감소하여 형광등 전류가 작아지는 것이다.

반대로 50% 벨리-필 전압(Vpfc)가 작을 때, 즉 벨리 전압일 때, 스위칭 주파수가 작아져서 형광등의 전류가 커지는 것이다.

결국, PFM(Pulse Frequency Modulation)을 하기 전에 도 3과 같았던 형광등 전류의 인벨롭(envelope)이 본 발명의 PFM을 통하여 도 7과 같은 형광등 전류 인벨롭으로 바뀌어, 파고율이 PFM을 하지 않은 경우에 비해 작아지는 것이다.

상술한 본발명의 파고율 저감 방법은 기존의 복잡한 제어 회로를 추가할 필요가 없으며, 실제 시스템에 적용하기가 매우 쉬운 것이다.

또한 이와 같은 본 발명의 파고율 저감 방법을 이용하면 도 8과 같은 스위칭 주파수 변동과 형광등 전류를 얻을 수 있으며, 형광등 전류의 최고치와 평균치의 차이가 작아져서 파고율이 작아지게 되어 형광등의 수명을 연장시키는 장점을 갖고 있는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 전자식 안정기의 입력단에 있는 PFC(Power Factor Correction)가 만드는 50% valley-fill 전압 파형을 이용하여 스위칭 주파수를 변조시키는 방법에 의해 종래의 복잡한 제어 회로를 추가할 필요가 없이 간단한 방법으로 파고율을 낮출 수 있으며 형광등 수명을 연장시킬 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims

PFC의 출력으로서 50% 벨리-필 전압 V(pfc)에서 입력단의 최고 전압의 반인 벨리 전압 만큼을 빼어 피드-포워드 제어 신호(fff)를 만든 다음, 여기에 피드-포워드 제어 신호(fff)를 이득(K)로 그 폭을 적절히 조절하고 미리 설정된 최저 발광 주파수(frun,min)에 실어서 만들어진 스위칭 변조 제어 주파수(fcontrol)로 스위칭함을 특징으로 하는 형광등용 전자식 안정기의 파고율 저감방법.