KR200172018Y1

KR200172018Y1 - 방전등용 전자식 안정기

Info

Publication number: KR200172018Y1
Application number: KR2019990019240U
Authority: KR
Inventors: 김중성
Original assignee: 김중성
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2000-03-15

Abstract

본 고안은 메탈 할라이드등, 고압수은등, 고압 나트륨등, 자외선(UV) 램프 등 고압방전등 및 형광등과 저압 나트륨등과 같은 저압방전등 등 모든 방전등용에 적용되는 방전등용 전자식 안정기에 관한 것으로, 특히 상용교류를 입력받아 교류에서 교류로 변환할 때 고 주파수로 스위칭하는 쵸퍼회로부와, 쵸퍼회로부를 구동하기 위한 구동회로부와, 방전등의 안정된 점등을 위한 방전등 안정용 인턱터와, 쵸퍼의 스위칭시 고 주파수의 스위칭으로 인덕터의 크기를 줄이고, 데드타임 컨트롤에 의해 이상 부하시 안정기를 보호하며 방전 램프의 불균일로 인한 출력의 불균일과 방전등의 수명 말기시 출력의 증가하는 현상으로부터 정출력을 내도록 하는 기법으로 방전등을 점등 유지시킨다.

Description

방전등용 전자식 안정기{ELECTRONIC BALLAST FOR GAS DISCHARGE LAMP}

본 고안은 나트륨 램프, 수은 램프, 메탈 할라이드 램프 자외선(UV)램프 등과 같은 고압 방전등과 형광등, 저압 나트륨등과 같은 저압 방전등을 점등 유지시키는 데 있어 교류에서 교류로 전력을 변환하는 쵸퍼방식을 사용한다. 이 방식은 상용 교류전원을 고 주파수로 스위칭 하여 방전등의 안정된 점등이 되도록 하고 안정기용 인덕터의 크기를 작게 하여 안정기의 소형화를 하도록 하는 방전등용 전자식 안정기에 관한 것이다.

현재까지 방전등용 전자식 안정기의 회로구성은 교류를 직류로 바꾸고 이것을 다시 고 주파수의 교류로 바꾸어 방전등을 점등 유지시키는 것이 대부분이었다. 이 방식은 교류를 직류로 변환하고 이를 다시 고 주파수의 교류로 바꾸는 것에서 알 수 있듯이 회로가 복잡하고 손실이 많으며 이로 인해 열이 많이 발생하여 효율이 감소하고 결과적으로 수명이 짧게 되는 문제점이 있다. 그러나 본 고안에서는 입력된 교류를 직접 고 주파수로 스위칭을 하여 스위칭 된 교류로 안정기를 구성하는 방식을 사용함으로서 회로구성과 가격 및 효율과 수명등 모든 면에서 기존의 방식보다 유리하다.

본 고안의 제 1 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 입력되는 교류전원을 직접 고주파수로 스위칭하고, 스위칭 된 교류전원으로 방전등을 점등 유지시키는 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적은 방전등의 이상으로 인한 과전류로부터 안정기를 보호하고 제조회사별로 방전등의 불균함에서 오는 램프 출력이 불균일 함과 방전등의 수명 말기 현상인 출력 증가에서 오는 문제점을 극복하기 위하여, 출력 전류를 검출하여 스위칭 구간의 데드타임을 적절하게 제어하여 정출력이 되도록 하고, 과도전류로부터 안정기를 보호하는 방전등용 전자식 안정기를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 장치는 상용교류를 입력하여 전자파를 필터링 하는 전원 회로부와, 입력된 교류전원을 고 주파수로 스위칭하여 스위칭 된 교류를, 방전등 안정용 안정기인 인덕터를 통하여 출력하여 방전등을 점등유지하는 쵸퍼회로부와, 교류 쵸퍼회로를 고 주파수로 스위칭 하기 위한 구동신호를 발생하는 구동 회로부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 방전등용 전자식 안정기의 회로구성을 나타낸 회로도이다.

도 2A는 본 고안에 의한 바람직한 실시 예의 다른 쵸퍼회로부의이다.

도 2B는 본 고안에 의한 바람직한 실시 예의 또다른 쵸퍼회로부의이다.

도 3A는 본 고안에 의한 바람직한 실시 예의 입 출력 파형도이다.

도 3B는 본 고안에 의한 바람직한 실시 예의 스위칭 구동신호의 파형도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 전원회로부 200 : 쵸퍼회로부

300 : 구동회로부 32 : 부하 전류 검출부

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 고안의 실시 예를 통해 본 고안을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 고안에 의한 방전등에 대한 전자식 안정기의 회로구성을 나타낸다. 본 고안의 안정기는 크게 전원회로부(100), 쵸퍼회로부(200)와 구동회로부(300)로 구성된다.

전원회로부(100)는 과전압 차단소자인 배리스터(V1)와 EMI를 억제하기 위한 필터를 포함한다.

쵸퍼회로부는(200)는 도 1을 참조하면 다이오드(D1-D6)와, 스위칭소자(Q1-Q4)와, 저항(R1-R4)과, 캐패시터(C1)와, 방전등 안정기용 인덕터(L1)와, 배리스터(V3) 및 시동회로로 구성된다. 쵸퍼회로부(200)는 교류 제1 입력단자(1)에 스위칭 소자(Q1)의 드레인과 다이오드(D3)의 캐소오드가 연결되고 스위칭 소자(Q1)의 소오스와 다이오드(D3)의 애노우드의 접속점에 인덕터(L1)이 연결되며, 인덕터(L1)와, 방전등(LP)는 직렬로 연결되고 방전등(LP)은 스위칭 소자(Q2)의 소오스와 다이오드(D4)의 애노우드에 접속된다. 스위칭 소자(Q3)의 드레인은 스위칭 소자(Q1)의 소오스와 다이오드(D3)의 애노우드 및 인덕터(L1)의 접합 점에 연결되고 스위칭소자(Q3)의 소오스는 스위칭소자(Q4)의 소오스에 연결되고 스위칭 소자(Q4)의 드레인은 스위칭 소자(Q2)의 소오스와 다이오드(D4)의 애노우드와 램프(LP)의 접합 점에 연결된다. 그리고 교류 제1 입력단자(1)에 다이오드(D1)의 애노우드가 연결되고 다이오드(D1)의 캐소우드는 저항(R1)에 연결되며, 이는 스위칭 소자(Q4)의 게이트와 저항(R4)의 연결점에 접속된다. 스위칭소자(Q4)의 게이트와 소스 사이에는 저항(R4)과 다이오드(D6)가 직렬로 연결된 것이 병렬로 연결된다. 교류 제2 입력단자(2)는 다이오드(D2)의 애노우드에 연결되고 다이오드(D2)의 캐소우드는 저항(R2)에 연결되며 이는 스위칭 소자(Q3)의 게이트와 저항(R3)의 연결점에 접속된다. 스위칭소자(Q3)의 게이트와 소스 사이에는 저항(R3)과 다이오드(D5)가 직렬로 연결된 것이 병렬로 연결된다. 캐패시터(C1)는 스위칭소자(Q3)의 드레인과 스위칭소자(Q4)의 드레인에 병렬로 연결된다. 배리스터(V3)는 캐패시터(C1)에 병렬로 접속된다. 교류 제2 입력 단자(2)는 다이오드(D4)의 캐소우드와 스위칭소자(Q2)의 드레인의 접속점에 연결된다.

쵸퍼회로부는(200)는 정방향의 싸인 반파가 교류 제1 입력단자(1)에 인가되면 구동부(300)에서 발생되는 도 3B와 같은 파형이 스위칭 소자(Q1)의 게이트에 공급되어 안정기용 인덕터(L1)를 통해 도 3A의 양의 방향과 같은 파형을 만들어 램프(LP)에 공급한다. 이때 스위칭소자(Q1)가 ON 시간 동안에는 안정기용 인덕터(L1)에 전류를 흘리고, OFF가 되면 인덕터(L1)에 남아있는 전류가 다음과 같은 모드로 플라이휠 효과에 의해 에너지를 램프(LP)에 돌려준다. 즉 교류 제1 입력단자(1)에 양의 반파전압이 인가되어 있으므로 이 반파는 다이오드(D1)을 거쳐 저항(R1,R4)에 의해 분압된 전압이 스위칭 소자(Q4)의 게이트에 인가되어 스위칭 소자(Q4)는 ON 상태를 유지한다. 따라서 스위칭소자(Q1)가 OFF 시간동안에는 인덕터(L1)에 남아있는 전류는 계속 흐르려고 하는 성질을 가지므로 전류의 방향은 인덕터(L1)에서 램프(LP)를 통해 스위칭소자(Q4)가 ON 되어 있으므로 이것을 통해 스위칭소자(Q3)의 내부에 있는 다이오드를 통해 폐회로를 구성하여 전류가 흐른다. 이제 전류의 방향이 바뀌어 교류 제2 입력단자(2)에 양의 반파 전원이 공급되면 스위칭소자(Q2)의 드레인에 양의 반파 전원이 인가되어 3A의 음의 방향과 같은 파형이 되어 인덕터(L1)를 거쳐 램프(LP)에 공급한다. 이때 스위칭 소자(Q2)는 구동회로부(300)의 게이트 신호에 의하여 ON OFF 동작을 하고 ON 시간동안에는 인덕터(L1)에 전류를 흘리고 OFF 시간동안에는 인덕터(L1)에 남아있는 전류가 계속 흐르려고 하는 성질을 갖는다. 이때 교류 제2 입력단자(2)에 양의 반파 전원이 인가되어 있는 상태이므로 다이오드(D2)를 거쳐 저항(R2,R3)에 의해 분압된 전압이 스위칭소자(Q3)의 게이트에 인가되어 스위칭소자(Q3)는 ON 된다. 즉 스위칭소자(Q2)가 OFF 된 시간동안 전류의 방향이 인덕터(L1)에서 스위칭소자(Q3)가 ON되어 있으므로 스위칭소자(Q3)를 통해 스위칭소자(Q4)의 내부에 있는 다이오드를 통해 램프(LP)로 폐회로를 이루고 전류는 환류된다. 그리고 스위칭소자(Q1,Q2)가 고 주파 스위칭을 할 때 캐패시터(C1)는 인덕터(L1)과 공진을 이루어 영전압 스위칭을 하도록 하는 효과가 있다. 이같은 동작을 되풀이하여 수십 KHz에서 수백 KHz의 주파수로 스위칭을 하여 안정기용 인덕터(L1)에 의해 안정된 전류가 되도록 하여 방전등(LP)을 안정되게 점등 유지한다.

쵸퍼회로부(200)는 도 2A의 다른 실시 예에서 보는 바와 같이 상기 도 1의 쵸퍼회로부(200)의 구성과 동작원리는 동일하고 다만 다이오드(D3)와 스위칭 소자(Q1)의 병렬로 연결된 회로 및 다이오드(D4)와 스위칭 소자(Q2)의 병렬로 연결된 회로가 도 1과는 그 방향이 반대로 되어있다. 이 회로의 효과는 도 1의 회로보다 고조파 함유율이 다소 낮다는 이점이 있다.

쵸퍼회로부(200)는 도 2B의 또 다른 실시 예에서 보는 바와 같이 도 1의 다이오드(D4)와 스위칭 소자(Q2)의 병렬로 연결된 회로의 위치로부터 도 2B의 회로도와 같이 다이오드(D3)와 스위칭 소자(Q1)의 병렬로 연결된 회로와 직렬로 연결된 회로로 바뀌었다는 점이 다르고 플라이휠용 스위칭소자(Q3)의 게이트를 드라이브하기 위한 회로가 약간 변경되었다. 즉 다이오드(D2)의 캐소우드는 교류 제1 입력단자(1)에 접속되고 다이오드(D2)의 애노우드는 저항(R2)와 연결되고 저항(R2)의 다른 한점은 다이오드(D5,D6)의 각각의 캐소우드와 스위칭소자(Q3,Q4) 각각의 소오스의 접합점에 연결된다. 그리고 저항(R20)은 그 한단자가 스위칭소자(Q3)의 게이트에 연결되고 다른 한점은 교류 제2 입력단자(2)에 연결된다. 이 회로의 특징은 구동회로부를 간단히 할 수 있다는 이점이 있으나 인가되는 정현 사인파를 고주파로 스위칭 할 경우 양의 반파의 파형과 음의 반파 파형이 약간의 비대칭이 되는 단점이 있다.

구동회로부(300)는 다이오드(D7-D15)와, 캐패시터(C2-C7)와, 제너다이오드(ZD1,ZD2)와, 저항(R5-R8)과, 구동신호 발생용 IC(U1)와, 게이트 신호분리기와, 부하 전류 검출부(32)로 구성된다. 구동회로부(300)는 스위칭 소자(Q1,Q2)를 스위칭 하기 위한 구동 신호를 발생하는 회로이다. 구동회로부에 공급되는 직류 전원은 상용 전원 전압을 변압기(T1)에 의해 강압을 하고 이를 다이오드(D11, D12,D13,D14)에 의해 전파정류를 하여 캐패시터(C4,C5)와 제너다이오드(ZD2)에 의해 정전압을 만들어 구동신호 발생용 IC(U1)에 공급한다. 주파수 설정은 저항(R5)과 캐패시터(C6)에 의해서 결정된다. 스위칭소자(Q1,Q2)의 게이트에 공급되는 신호는 서로 절연되어 있어야 하므로 다이오드(D7,D8,D9,D10)과 개패시터(C2,C3) 및 제너다이오드(ZD1)에 의해 별도로 전원을 준비하여 스위칭소자(Q1,Q2)에 절연된 신호를 제공하는데, 게이트 신호발생용 IC(U1)에 의해 발생된 신호는 게이트 신호 분리기에 의하여 서로 절연된 신호를 만들어 스위칭소자(Q1,Q2)의 게이트에 각각 공급한다. 과부하 및 정출력을 위한 제어는 유 신호구간의 데드타임을 컨트롤하는 게이트 신호발생용 IC(U1)의 DT 단자에 입력되는 전압에 의해 결정된다. 이 데드타임은 기본 데드타임이 저항(R7,R8)과 캐패시터에(C7)에 의해 분압된 전압으로 시행되고 과부하보호 및 정격출력은 부하전류 검출부(32)에 의해서 부하전류를 검출한 전압에 의해 시행된다.

부하전류 검출부(32)는 배리스터(V2)와, 다이오드(D16,D17)와, 캐패시터(C8)와, 저항(R9,R10)으로 구성된다. 부하전류 검출부(32)는 부하전류를 검출하여 구동신호 발생용 IC(U1)의 데드타임 컨트롤 단자(DT)에 보내는데, 방전등이 점등되어 램프에 전류가 흐르면 전류 변압기(CT1)에 의해 2차측에 유도된 전류를 저항(R9,R10)에 의해 전압으로 변환되고, 배리스터(V2)는 고압 써지로부터 회로를 보호하고 다이오드(D16,D17)에 의해 정류된 전압이 캐패시터(C8)에 의해 평활되고 저항(R9,R10)에 의하여 분압된 전압이 기본 데드타임과 부하 전류에 의한 데드타임을 구분하기 위해 삽입하는 다이오드(D15)를 통해 데드타임 컨트롤 단자(DT)에 공급된다. 전류가 증가하면 데드타임 단자(DT)에 입력되는 전압이 증가하고 이로서 구동신호의 듀티가 감소하여 출력을 감소시켜 목적을 달성한다. 이로서 제조회사별로 방전램프의 불균일 및 방전등의 수명 말기 현상인 출력 증가로부터 오는 불균일한 출력을 제어하여 정격출력 제어를 하고 이상 부하로 인한 과전류를 억제하여 안정기를 보호한다.

고안의 첫 번째 효과는 상용 교류를 직접 스위칭하여 고주파의 스위칭 된 교류로 방전등의 안정기를 제공함으로서 부품의 수가 줄어들어 손실이 적고 고장 발생이 감소하며 가격이 싸다.

본 고안의 두번째 효과는 데드타임 컨트롤에 의해 제조회사별로 불균일하고 방전등의 수명 말기 현상인 출력 증가 현상으로부터 방전등의 출력을 정격 출력을 낼 수 있도록 하며 이상부하나 과도부하에서 안정기를 보호할 수 있다.

Claims

상용교류를 입력하여 EMI필터 된 전압을 출력하는 전원회로부;

스위칭 구동신호들에 응답하여 상기 공급된 상용 교류전원을 고주파수로 스위칭하여 방전등을 점등 유지하기 위한 쵸퍼회로부;

쵸퍼회로부를 고 주파수로 스위칭하기 위한 고 주파수의 신호를 발생하는 구동회로부를 구비하는 것을 특징으로 하는 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 쵸퍼회로부는 상용 교류를 고 주파수로 스위칭하여 방전등을 안정되게 점등 유지하는 것을 특징으로 하는 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 쵸퍼회로부는 교류 제1 입력단자에 스위칭 소자(Q1)의 드레인과 다이오드(D3)의 캐소우드가 연결되고, 스위칭 소자(Q1)의 소오스와 다이오드(D3)의 애노우드의 접속점에 인덕터(L1)이 연결되며, 인덕터(L1)와, 방전등(LP)는 직렬로 연결되고 방전등(LP)은 스위칭 소자(Q2)의 소오스와 다이오드(D4)의 애노우드에 접속되며, 교류 제2 입력단자에 스위칭 소자(Q2)의 드레인과 다이오드(D4)의 캐소우드에 접속되며 스위칭 소자(Q3)의 드레인은 스위칭 소자(Q1)의 소오스와 다이오드(D3)의 애노우드 및 인덕터(L1)의 접합 점에 연결되고 스위칭소자(Q3)의 소오스는 스위칭소자(Q4)의 소오스에 연결되고 스위칭 소자(Q4)의 드레인은 스위칭 소자(Q2)의 소오스와 다이오드(D4)의 애노우드와 램프(LP)의 접합 점에 연결되며 캐패시터(C1)은 스위칭소자(Q3,Q4)의 각각의 드레인에 병렬로 접속되는 것을 특징으로하는 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 쵸퍼회로부는 교류 제1 입력단자에 스위칭 소자(Q1)의 소오스와 다이오드(D3)의 애노우드가 연결되고, 스위칭 소자(Q1)의 드레인과 다이오드(D3)의 캐소우드의 접속점에 인덕터(L1)이 연결되며, 인덕터(L1)와, 방전등(LP)는 직렬로 연결되고 방전등(LP)은 스위칭 소자(Q2)의 드레인과 다이오드(D4)의 캐소우드에 접속되며, 교류 제2 입력단자에 스위칭 소자(Q2)의 소오스와 다이오드(D4)의 애노우드에 접속되며 스위칭 소자(Q3)의 드레인은 스위칭 소자(Q1)의 드레인과 다이오드(D3)의 캐소우드 및 인덕터(L1)의 접합 점에 연결되고 스위칭소자(Q3)의 소오스는 스위칭소자(Q4)의 소오스에 연결되고 스위칭 소자(Q4)의 드레인은 스위칭 소자(Q2)의 드레인과 다이오드(D4)의 캐소우드와 램프(LP)의 접합 점에 연결되며 캐패시터(C1)은 스위칭소자(Q3,Q4)의 각각의 드레인에 병렬로 접속되는 것을 특징으로하는 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 쵸퍼회로부는 교류 제1 입력단자에 스위칭 소자(Q1)의 드레인과 다이오드(D3)의 캐소우드가 연결되고, 스위칭 소자(Q1)의 소오스와 다이오드(D3)의 애노우드와 스위칭 소자(Q2)의 소오스와 다이오드(D4)의 애노우드가 한점에 연결되고, 스위칭 소자(Q2)의 드레인과 다이오드(D4)의 캐소우드의 연결점은 인덕터(L1)에 연결되며, 인덕터(L1)와, 방전등(LP)는 직렬로 연결되고 방전등(LP)은 교류 제2 입력단자에 접속되고 스위칭 소자(Q3)의 드레인은 스위칭 소자(Q2)의 드레인과 다이오드(D4)의 캐소우드 및 인덕터(L1)의 접합 점에 연결되고 스위칭소자(Q3)의 소오스는 스위칭소자(Q4)의 소오스에 연결되고 스위칭 소자(Q4)의 드레인은 교류 제2 입력단자에 연결되며 캐패시터(C1)은 스위칭소자(Q3,Q4)의 각각의 드레인에 병렬로 접속되는 것을 특징으로하는 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 구동회로부는 부하전류 검출에 의한 데드타임 컨트롤에 의해 정 출력 제어를 하는 것을 특징으로 하는 방전등용 전자식 안정기.
제 1 항에 있어서, 상기 구동회로부는 부하전류 검출에 의한 데드타임 컨트롤에 의해 과도부하 또는 이상 전류로부터 안정기를 보호하는 것을 특징으로 하는 방전등용 전자식 안정기.