KR200177634Y1 - 형광등용 전자식 안정기 - Google Patents

형광등용 전자식 안정기 Download PDF

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Abstract

본 고안은 점멸신호를 외부에서 인가할 수 있는 인터페이스 회로를 구비하여, 외부로부터 인가된 점멸신호에 따라 인버터부의 출력의 펄스폭을 조정함으로써 형광등에 공급하는 전력을 주기적으로 조절하여 조도를 조정하여 형광등을 점멸시키는 장치에 관한 것이다.
본 고안에 따른 형광등 점멸장치는, 전원에 접속되어 교류전력을 받아들여 직류전원으로 전환하는 전파정류부; 전파정류부에 접속되어 직류전원의 역률을 향상시키는 역률조정부; 기능제어부, 전파 정류부 및 역률조정부에 접속되어 전파정류부와 역률 조정부에서 공급된 직류전원으로부터 교류전압을 발생시키는 인버터부; 한 코어에 감긴 제어변압기를 통하여 인버터부에 연결되어 인버터를 작동시킬 구형파를 발생시켜 인버터의 출력소자를 구동시키는 기능제어부; 및 인버터부 및 램프에 접속되어 인버터로부터 출력된 구형파로부터 사인파전류를 생산하는 공진출력부를 포함하여 이루어지고, 기능제어부는 외부점멸기에서 나온 점멸신호를 빛으로 전환하여 그 광신호를 입력받는 인터페이스회로와, 상기 인터페이스회로에서 출력한 신호를 받아 형광등의 조도를 조절하는 조도조절회로를 포함하여, 외부로부터 인가된 점멸신호에 따라 소정의 주기로 제어함으로써 인버터에서 발생하는 구형파의 온 타임 듀티를 조절하여 형광등을 점멸시킨다.

Description

형광등용 전자식 안정기{ELECTRONIC BALLAST FOR FLUORESCENT LIGHTS}
본 고안은 형광등을 자동으로 점멸시키는 장치에 관한 것으로서, 특히 점멸신호를 외부에서 인가할 수 있는 인터페이스 회로를 구비하여, 외부로부터 인가된 점멸신호에 따라 인버터부의 출력의 펄스폭을 조정함으로써 형광등에 공급하는 전력을 주기적으로 조절하여 조도를 조정하여 형광등을 점멸시키는 장치에 관한 것이다.
종래에 형광등은 주로 가정이나 도서관 또는 사무실등의 실내를 밝혀주는 조명용 램프의 역할만을 해왔고, 때때로 광고판에 내장되어 계속적으로 점등된 상태로 야간에 광고의 내용을 효과적으로 전달하는 역할을 주로 수행했다.
그러나, 종래의 형광등 점등회로에 있어서는, 반드시 필라멘트를 예열하는 소정의 예열시간이 필요하게 되어, 전원스위치를 켜는 순간부터 점등시까지는 상당한 시간이 걸려 순간적으로 형광등을 점등시키는 것이 불가능했다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 점등관 대신에 전자제어회로를 포함하는 전자식 안정화시스템을 채용하여 형광등을 점등하는 기술이 공개되었다.
이러한 형광등 안정기 제어회로에 대한 예로서 삼성전자의 특허 공고번호 제 96-10711호의 특허는 전파정류부, 역률조정부, 기능제어부, 인버터부 및 공진출력부를 포함하여 이루어지며, 상기 기능제어부는 기준전압 공급부, 3-스텝 타임 변환부, 3-스텝 스타트 제어부, 톱니파 발생부, 전압가변부, 상기 톱니파 발생부로부터의 삼각파가 일축으로 입력되고 전압가변부로부터의 가변전압이 타축으로 입력되어 펄스폭 변조를 수행하는 비교기 및 논리게이트 및 플립플롭을 포함하는 출력단으로 구성된다.
상기 펄스폭 변조 동작은 통상적으로 도 3에 도시된 바와 같은 방식으로 행해진다. 도 3은 이와 같은 펄스폭 변조기(PWM)부만의 기본 작동원리를 이해하기 쉽도록 펄스폭 변조관계 기본 회로만 요약해서 도시하고 그 작동상태를 알기 쉽게 하기 위하여, Vc(제어전압)의 변화에 따른 발진기, 플립플롭, 비교기 및 최종 펄스출력 게이트 등의 각 출력부분의 해당출력 파형을 회로계통도와 대응하는 번호로 표시된 그래프로써 도시하여 놓은 것이다. Vc가 3각파에 높게 걸린 곳( 그래프의 맨 왼쪽)에서는 펄스폭 출력폭이 아주 좁고( 그래프의 맨 왼쪽), Vc가 3각파에 낮게 걸린 곳( 그래프의 맨 오른쪽)에서는 펄스폭 출력폭이 넓게( 그래프의 맨 오른쪽)됨으로서 Vc를 제어하여 출력 펄스폭을 변조하고 있는 것을 보여주고 있다.
이러한 구성에 의하여, 형광등을 소프트 스타트 과정을 통하여 점등시킴으로써 형광등 점등시 형광등에 발생할 수 있는 충격을 방지하는 것이 가능하다.
그러나, 이러한 전자식 안정기 제어회로는 단지 형광등을 안정적으로 점등 및 소등시키기 위한 것으로써, 상기 형광등 안정기 제어회로를 사용한 형광등으로는 예를 들면 전광판등과 같은 광고판에서 짧은 시간에 수천 또는 수만회로 형광등을 점멸함으로써 광고의 효과를 높이기 위한 용도로는 사용할 수 없었다.
또한, 자체 점멸방식(반도체 소자에 의한 제어부로 사용하는 방식)으로는 실내 전체나 광고판 전체를 원하는 대로 조정이 불가능하게 된다. 2등용이면 2등에 대해서만 점멸 주기 정도밖에 조정이 안되며 수십개, 수백개 빌보드 같은 곳은 형광등 1,000개 이상을 사용하는 데 광고효과를 위하여 점멸하는 곳을 임의로 제어하여야 하나 자체 점멸 방식으로는 2등밖에 제어가 안되므로 광고 효과나 이벤트효과를 낼 수가 없게 된다.
또한, 기존 네온용 점멸기는 220V 전원 자체로 온/오프해서 형광등 안정기의 전원을 점멸시키면 안정기 자체가 정격전압, 전류, 정격 출력주파수로 안정된 작동상태가 되기 전에 형광등을 점등했다 소등하는 상태가 반복되어 이상전압과 공진이 이루어 지지않은 출력주파수로 형광등을 점멸하게 되며 이러한 경우 형광등 양단에 전극을 구성하고 있는 필라멘트가 적정온도로 가열되기도 전에 양전극에 높은 기동전압이 인가되면서 이로 인해 스퍼터링이 극도로 촉진되고 램프 양단이 빠른 속도로 흑화되면서 필라멘트가 열화 파손되어 심한 경우 1-2시간내에 형광등 수명이 끝나는 경우가 생기게 된다.
현재 시중에 공급되고 있는 여러가지 형태의 점멸기는 거의 네온관용으로 그 출력신호는 모두 AC 220V이다. 광고판이나 조명간판은 설치되는 위치가 거의 높은 위치에 설치되어 이곳에 시설되는 형광등 안정기에 점멸신호를 보내기 위해서는 연결선을 상당히 길게 시설하게 된다. 이와 같이 신호연결선이 길게되면 연결선상의 전압강하(line drop)로 인해서 신호전달에 이상이 있을 수 있기 대문에 AC 220V의 높은 교류전압으로 신호를 정확히 전달하는 것은 아주 바람직하다.
그러나 한편 길게 연결된 신호선에서 주변의 여러 요인에 의해서 많은 전기적 잡음(노이즈)이 유기되고 이 잡음 요소들이 인터페이스를 통해서 안정기의 제어부에 이상신호를 인가하게 되면 섬세한 미세전압에 의해서 동작하는 PWM-IC를 오동작 시켜서 경우에 따라서는 안정기에 치명적인 손상을 입히게 된다.
본 고안의 목적은 점멸신호를 외부에서 인가할 수 있는 인터페이스 회로를 구비하여 외부로부터 인가된 점멸신호에 따라 형광등을 자동으로 점멸시켜 광고판등에 사용가능한 형광등용 전자식 안정기를 제공하는데 있다.
본 고안의 다른 목적은 형광등 점멸작동중 점등시에 예열시간이 필요없도록 항상 형광등 필라멘트를 예열시켜 순간점등이 가능한 형광등 점멸장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 고안에 따른 형광등 점멸장치의 시스템 블록도,
도 2a는 본 고안에 따른 형광등 점멸장치에서 기능제어부 및 인버터부 를 도시한 상세회로도,
도 2b는 본 고안에 따른 형광등 점멸장치에 있어서 3단계 소프트 스타트 과정 및 점멸동작중의 주파수 파형도,
도 3은 본 고안에 따른 기능제어부의 펄스폭 변조기의 펄스폭 변조원리를 도시한 도면,
도 4는 본 고안의 원리를 설명하기 위한 형광등의 결선 구조도이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 형광등용 전자식 안정기는, 전원에 접속되어 교류전력을 받아들여 직류전원으로 전환하는 전파정류부, 상기 전파정류부에 접속되어 직류전원의 역률을 향상시키는 역률조정부, 상기 전파정류부 및 역률조정부에 접속되어 정류부와 역류조정부에서 공급된 직류전원으로부터 교류전압을 발생시키는 인버터부, 한 코어에 감긴 제어변압기를 통하여 인버터부에 연결되어 인버터를 작동시킬 구형파를 발생시켜 인버터의 출력소자를 구동시키는 기능제어부 및 상기 인버터부 및 형광등에 접속되어 인버터로부터 출력된 구형파로부터 사인파전류를 생산하는 공진출력부를 포함하여 이루어지고, 상기 기능제어부는 외부점멸기에서 나온 점멸신호를 빛으로 전환하여 그 광신호를 입력받는 인터페이스회로와, 상기 인터페이스회로에서 출력한 신호를 받아 형광등의 조도를 조절하는 조도조절회로와, 상기 인버터부의 출력이 완전한 광출력의 약 5%이하에 도달하면 인버터의 출력주파수를 완전한 광출력때의 정상출력주파수보다 35%∼50%정도까지 연속적으로 증가시켜 필라멘트를 지속적으로 예열하는 예열수단을 포함한다.
이하 도면을 참조하여 본 고안에 따른 형광등용 전자식 안정기를 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전파정류부(10)는 외부에서 공급되는 교류전원을 받아들여 전자파간섭(EMI)을 차단하기 위한 필터회로를 거쳐서 브릿지형 정류회로를 통해 직류전원으로 전환한다.
역률조정부(20)에서는 역률보정용 반도체 평활회로를 사용하여 전파정류부(10)에서 공급되는 직류전원의 역률을 99% 정도로 향상시키고 시스템에 공급될 선전류(line current)의 고조파성분을 대폭 감소시킴으로써 직류전원으로의 전환으로 인한 노이즈를 경감시키며 평활콘덴서에 유입되는 리플전류치를 대폭 줄여줌으로써 밸러스트의 수명을 좌우하는 평활콘덴서의 수명을 연장시켜 제품의 신뢰도를 높이게 된다. 또한, 기능 제어부(system controller)(30)에 평활도가 높은 직류전원을 공급하여 발진주파수의 고정과 변경을 쉽게하여 인버터를 안정적으로 작동시킬 수 있고 공진출력부(50)의 인덕턴스 설정을 용이하게 한다.
기능제어부(30)에서는 우선 인버터부(40)의 하프 브릿지 인버터를 작동시킬 구형파를 발생시켜서 인버터의 출력소자(스위칭 소자)를 구동시킨다. 기능제어부(30)에서는 이 구형파의 발진주파수를 변화시키거나 온 타임 듀티(on-time duty)를 제어하여 인버터 작동을 제어함으로써 실질적으로 밸러스트의 기능을 전부 조절하게된다.
본 고안에서는 종래의 삼성전자특허 공고번호 제 96-10711호에 개시된 바와 같이, 램프(60)의 점등시 램프(60)의 부성저항특성에 의해 필라멘트에 급격한 전류가 흐르는 것을 방지하기 위하여 주파수 가변방식을 이용해서 예열, 완만한 점등 및 완전한 광출력(full power)의 3단계 소프트 스타트로 램프를 점등시키도록 기능 제어부(30)에서 조정한다. 예열은 출력소자의 출력주파수를 100% 광출력 때보다 약 20∼25kHz높게 동작시켜 적은양의 전류로 필라멘트만을 예열시킨다. 이와 같은 예열시간은 발진주파수 변경 시간 조정용 콘덴서의 용량설정을 조절함으로써 0.3∼0.6초 범위내로 조정한다. 완만한 점등은 예열을 위한 출력소자의 높은 주파수 출력을 완전한 광출력의 정상주파수 출력으로 주파수를 서서히 감소시키면서 램프(60)에 급격한 전류가 흐르는 것을 억제하며 점등시킨다. 완만한 점등 기간은 0.1∼0.4초 범위 내에서 조정한다. 완전한 광출력은 램프(60)가 정상적인 주파수 출력으로 안정을 유지시키게 되는 구간으로 완전한 광출력의 정상적인 주파수의 온 타임 듀티를 서서히 증가하는 과정을 갖게된다. 이 기간은 0.1∼1.0초 범위 내에서 조정한다.
기능 제어부(30)에서는 상술한 바와 같은 소프트 스타트 제어기능외에 조도 수동/자동 조절기능, 과열 방지기능 및 무관(no lamp)감지 기능 등을 수행할 수도 있다.
인버터부(40)에는 정류부(10)와 역률 조정부(20)를 통하여 직류전원(VDC)이 공급된다. 이 인버터부(40)는 두 개의 스위칭 소자와 두 개의 콘덴서로 이루어진 하프 브릿지 인버터를 포함하고, 기능 제어부(30)에서 발생하는 구형파 신호가 스위칭 소자의 게이트에 인가되어 교대로 온/오프한다. 그 결과 쵸크 코일과 콘덴서로 이루어진 공진탱크에 교류전압이 인가되고 쵸크코일에 공진전류가 흘러 형광등은 방전하게 된다.
이와 같이 공진 출력부(50)는 쵸크 코일과 램프 예열기능회로를 구성하는 콘덴서로 이루어진 공진탱크를 포함한다. 인버터의 스위칭 소자에서 스위칭된 교류파형은 구형파에 가깝다. 이 구형파 전압이 공진탱크에 가해지면 램프(60)에는 거의 완전한 사인파전류가 공급된다. 따라서, 이 때의 파고율은 1.414에 가깝게 된다.
실제로 본 고안에서는 파고율이 1.50이하이다. 높은 파고율(CF: CREST FACTOR)은 램프의 수명을 단축하게 되며 이상적인 램프전류는 일그러짐(dis- tortion)이 없는 순수한 사인파이어야 한다.
형광등의 조도를 나타내는 광속(Luminous Flux)은 형광등 안정기에서 형광등으로 입력되는 전력(Wattage)에 거의 선형적으로 비례한다. 따라서, 형광등에 전력을 공급하는 안정기의 인버터출력을 증감하면 램프의 조도를 변화시킬 수 있다. 그러나, 이와 같이 출력을 증감시켜 형광등의 조도를 조정할 때, 형광등의 수명감소나 전극의 손상없이 안정적으로 동작시키기 위한 전제조건은 완전한 광출력 때와 같은 안정된 공진주파수와 공진파형(sine wave)을 유지하면서 적절한 필라멘트 전류로 가열을 지속해서 램프의 작동조건을 충족시켜야 한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여 형광등의 자동점멸동작 및 자동 점멸동작 중의 필라멘트를 예열하기 위한 구성을 상세히 설명한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 기능제어부(30)는 발진기(OSCILLATOR)(31)와 이 발진기(31)의 출력이 펄스폭 변조기(33)의 일축에 연결되어 이 발진기(31)에서 발생하는 주파수에 동기하고 임의의 펄스폭을 출력하는 펄스폭변조기(펄스폭 변조비교기)(33)와 데드타임 제어 비교기(CMP1)(32), 상기 펄스폭 변조기(33)의 타측에 연결되어 펄스폭 변조기를 조정하여 필요한 주파수로 필요한 펄스폭을 출력하도록 제어조정하는 출력제어기(36)와 소프트 스타트회로, 무관검출회로, 예열제어부(38) 및 출력펄스를 조정하는 플립플롭(pulse steering plip plop)(34)과 UVLO회로를 포함하여 이루어져 있고, 또한 본 고안의 가장 중요한 특징인 자동점멸기능을 제어하는 조도조절회로(35)와 점멸신호를 외부에서 인가할 수 있는 인터페이스회로(39)를 더 포함한다. 이 인터페이스 회로의 예로서는 PC 814등의 포토 커플러(P.C)가 사용될 수 있다. 포토 커플러(photo coupler)를 사용하면 인입선에서 유기될 수 있는 노이즈를 제거 할 수 있고, 또한 자체적으로 점멸기의 출력을 인터페이스회로에 입력하면 입력된 AC 220V 의 전압을 인터페이스 회로에서 처리하여 적정한 DC 로우 스텝 전압으로 바꾸어 조도 조절회로에 인가하게 하므로 기존 네온용 점멸기로 직접 전원에 연결하여 형광등용 안정기를 작동하지 않고 포토 커플러를 통해서 인터페이스 회로를 이용하여 적정한 신호만을 받아 점멸할 있도록 할 수 있다.
펄스폭 변조기(PWM: Pulse Width Modulator)(33)의 작동계통을 살펴보면, 발진기(31)로부터 3각파(톱니파)를 펄스폭 변조비교기(33)에 인가하여 펄스폭 변조 비교기(33)의 스레숄드(threshold)레벨을 제어전압 Vc로 변화시키는 방법이다. 안정기의 정상출력(완전한 광출력일 때의 출력)을 위한 적정 공진주파수를 유지하도록 발진기(31)로부터 펄스폭 변조 비교기(PWM Comparator)(33)의 일축에 적정설계치의 주파수를 갖는 3각파(三角波)가 인가되고 또 다른 일축에는 적정설계치의 전압을 갖는 제어전압 Vc가 인가된다. 펄스폭 변조 비교기(33)는 양축의 입력신호의 비교치를 변조하여 적정 펄스폭을 갖는 구형파 펄스를 출력하게 된다.
도 2b에 도시된 바와 같이,구간 t0에서 t1까지는 주파수 f1으로 제어되는 구간으로서, 도 2a에 도시된 바와 같은 소프트 스타트회로 및 출력제어기(36)에 의해 펄스폭 변조기(33)를 제어하여 펄스폭 변조기(33)로부터의 출력주파수를 f1으로 한다. 이 주파수 f1은 형광등의 방전을 돕기 위해 형과등의 필라멘트를 예열시켜 주는 주파수로 f1>f2의 조건이 만족되어야 한다.
상기한 바와 마찬가지 원리에 의하여 출력제어기(36)가 펄스폭 변조기(33)를 제어함으로써 구간 t1에서 t2까지는 펄스폭 변조기(33)의 출력주파수가 f1에서 f2로 일정한 기울기를 가지고 감소하며, 이 구간이 형광등을 방전시키기 위한 구간이다.
한편, 구간 t2에서 t3까지는 전광구간으로서, 이 구간은 형광등을 전광으로 동작시켜 시스템에 과도한 전력이 공급되지 않도록 하기 위한 구간이다.
더욱이, 구간 t3에서 t4까지는 형광등의 조도를 조절하기 위한 디밍(DIMM- IMG)구간으로 가기 전에 빛의 조광부분이 급격하게 일어나는 것을 방지하기 위해 출력제어기(36)에 의해 일정한 기울기로 주파수를 증가시킴으로써(f2에서 f3로), 펄스폭 변조기(33)의 출력주파수를 높여 주는 구간이다. 그리고 구간 t4에서 t5까지는 조도를 증가시키는 구간이다. 이러한 구성은 삼성전자특허 공고번호 제 96-10711호에 공개되어 있다.
자동 점멸은 상술한 펄스폭 변조기의 작동원리를 이용하여 조도조절이 0.5% ∼ 100% 까지 연속적으로 조절가능한 것을 이용한 것이다.
형광등의 조도조절에 의한 자동점멸동작은 일단 상기 3단계 소프트 스타트 과정에 의해 형광등을 점등시킨 후에 이루어진다. 도 2b에 있어서, t4이후의 주파수 파형도를 참조하여 자동점멸과정을 설명하면 다음과 같다. 램프가 안정적으로 동작할 수 있는 조건을 유지하면서 연속적으로 조도를 낮추어서 완전한 광출력의 밝기를 100%로 할 때 조도를 5% 이하로 감소시키면 실제적으로 조도는 없고 광속 발생의 원동력인 전자류가 소멸하게 된다.
이 때, 도 2a에 도시된 바와 같이, 외부점멸기로부터의 신호가 인터페이스회로(39) 및 조도조절회로(35)를 경유하여 예열제어부를 제어하고, 이 예열제어부로부터의 신호가 발진기(31)의 출력을 제어함으로써 인버터 출력주파수를 완전한 광출력 때의 공진주파수보다 35%∼50%정도 까지 선형적으로 연속적으로 증가(t5에서 t6까지의 구간)시켜서 높은 주파수를 갖게 하면 펄스폭 변조기(33)의 출력 구형파가 높은 주파수가 되어 높은 주파수의 기능제어부 출력신호로써 인버터를 구동시킨다. 따라서, 높은 주파수의 전류가 형광등 램프로 인가되어 정상출력(완전한 광출력) 때보다 적은 양의 전류로 필라멘트에만 계속 전력을 공급하여 필라멘트를 지속적으로 예열할 수 있게 된다. 도 4를 참조하여 예열동작을 설명하면 다음과 같다.
도 4에 있어서, 필라멘트 전압 Vf를 살펴보면,
Vc·iRL0 일 때 Vf = ic·Rf = (iL- iRL)·Rf
Vc·iRL＜ 0 일 때 Vf = ic·Rf = (iL+ iRL)·Rf
즉, 방전로(RL)를 통하여 흐르는 램프 전류(iRL)가 증가할 때 콘덴서 전류(ic)는 감소하니까 전체적으로 필라멘트 전압(Vf)은 감소하고 램프전류(iRL)가 감소할 경우는 필라멘트 전압(Vf)가 증가해서 적당한 필라멘트 가열특성을 자동적으로 조절할 수 있다.
상술한 바와 같은 방식으로 기능제어부(30)의 출력인 구형파 펄스로 안정기의 인버터 스위칭소자(Q1,Q2)를 구동시키고 스위칭소자(Q1,Q2)가 전류를 도통시키는 시간폭, 즉 온 타임 듀티폭을 조정함으로써 인버터의 출력을 제어할 수 있다. 스위칭소자(Q1,Q2)의 온타임 듀티는 스위칭소자(Q1,Q2)를 구동시키기 위하여 이 스위칭소자(Q1,Q2)의 게이트에 인가되는 기능제어부(30)의 출력 구형파의 펄스폭을 제어함으로써 제어할 수 있게 된다. 램프에 인가되는 전력은 램프의 조도를 제어하게 되므로 결론적으로 펄스폭 변조기의 제어전압 Vc의 제어로 형광등의 조도를 조절하게 되는 것이다.
다음에 본 고안의 가장 중요한 기능을 수행하는 인터페이스회로(39)와 예열제어부(38)에 대하여 상세히 설명한다. 인터페이스회로(39)는 예를 들어 포토 커플러(PC 814등)를 포함한다. 점멸신호 인터페이스회로(39)에 포토 커플러를 사용하면 외부 점멸기로부터 오는 신호를 빛으로 전환해서 인터페이스회로(39)의 입력부에 광신호로 인가하고 유선상(有線上)으로는 전기적 절연을 하였기 때문에 점멸신호 연결선이 아무리 길어도 이상전압이나 잡음에 의한 이상전류가 안정기에 직접인가될 수 없고, 안정기는 안전한 작동을 하게된다. 외부점멸기로부터 인터페이스회로(39)를 경유하여 입력된 구형파는 조도조절회로(35)에서 펄스폭 변조 비교기(33)를 제어하는 제어 전압 Vc를 변조하여 펄스폭 변조비교기(33)로부터의 출력 펄스폭이 완전한 광출력의 5%보다 약간 넓게 출력될 수 있도록 제어한다. 인터페이스 회로(39)를 경유하여 입력된 외부점멸기로부터의 점멸신호인 구형파 펄스는 펄스폭 변조 비교기(33)의 제어를 위해 Vc를 변조함과 동시에 예열제어기(38)에도 인가되어 발진기(31)의 Cf에 흐르는 전류값을 변조하여 Cf의 충전시간/주기를 변경해서 기능제어부(30)의 출력펄스의 출력주파수를 높은 주파수로 조절하게된다. 따라서, 외부점멸기에 의해 점멸주기가 설정되어 인터페이스회로(39)를 경유하여 입력되는 구형파 펄스가 조도조절회로(35)에 인가되면 Vc는 펄스폭을 완전한 광출력의 5%로 감소하고 발진기는 65kHz이상으로 주파수를 상승시켜서 조명은 형광등이 점/멸의 멸상태가 되고 안정기에서는 높은 주파수로 작은 출력을 형광등에 공급하면서 램프의 필라멘트를 계속해서 예열을 하고 있게 된다. 이상태는 안정기에 전원을 새로 ON시켜서 순차적 소프트 스타트하는 과정의 제 1단계인 예열상태를 지속적으로 유지하고 있는 상태다. 이와 같은 상태에서, 인터페이스회로(39)를 경유하여 입력된 구형파 펄스가 OFF주기로 되어 펄스폭변조비교기(33)의 제어전압(Vc)이 완전한 광출력 때의 것으로 바뀌고 예열제어회로(38)의 전류변조가 OFF되고 Cf가 완전한 광출력때의 주파수 발진값으로 되면서 형광등은 완전한 광출력의 조도로 조명하게 된다. 자동점멸은 외부점멸기가 주기적으로 발진펄스를 자동 인가함으로써 상술한 바와 같은 과정을 계속 반복함으로써 달성된다.
따라서, 실질적으로 조도가 없이 램프의 조명이 중단(점/멸의 상태중 멸의 상태)되고 있으나 상술한 바와 같이 3단계 소프트 스타트과정의 제 1단계(예열단계) 끝부분에 대기하고 있는 상태가 된다. 따라서, 점멸의 상태중 점등(조도를 높이는 과정:Rising Time)으로 진행할 때 바로 2단계인 완만한 점등단계에서 조도를 밝힐 수 있게 된다.
본 고안에서는 여러 가지 부속회로를 고안하여 Vc(제어전압)을 섬세하게 제어함으로써 형광등 안정기로서의 최대 목표인 안전 점등, 높은 효율과 절전 및 긴 램프수명을 보장하면서 또한편 특수기능인 자동 점멸기능도 갖도록 하였다. 다음은 이와 같은 부속회로와 제어기능에 대해서 살펴본다.
조도조절회로(35)에 설정되는 Vc와 발진기(31)에 설정되는 Rf와 Cf는 모두 정상안정기의 작동상태에서 완전한 광출력의 공진 주파수와 온 타임 듀티를 갖도록 설계치가 설정된다. 한편, 펄스폭 변조 비교기(33)에는 2개의 귀환 증폭기가 연결되어 있다. 귀환 증폭기는 입력의 양축의 일개축에는 기준 전압치를 설정해두고 다른 일개축에는 감지할 부분의 전류변화량을 전압치로 바꾸어 기준전압치와의 오차를 환산해서 필요한 기능을 제어하게 된다.
펄스폭 변조비교기(33)에 연결된 2개의 귀환 증폭기중 1개는 램프(로드(load))가 안정기에 연결되어 있는지를 감지하여 무관(no lamp/no load)일 때는 기능제어부(30)의 출력을 숏다운(short down)시켜서 안정기를 작동중지시킨다. 이 기능은 귀환증폭기의 입력축 1개에 기준전압을 설정해두고 다른 축 1개를 도 2a에 도시한 바와 같이, 주전력회로 공진출력부(50)의 L1에서 감지되는 전류를 검출하도록 연결해서 양축의 오차를 환산한 값의 작동명령치(설계설정치)에 따라 동작한다.
다음 출력제어기(36)의 동작을 살펴본다. 출력제어기(36)는 우선 안정기가 꺼져 있는 OFF상태에서 안정기에 공급되는 전원을 켜서 ON상태로 작동을 시킬 때 이 출력제어기(36)에 연결되어 있는 소프트 스타트회로의 콘덴서 Cs가 0V에서 약 1V로 충전될 때까지(이에 소요되는 시간은 대략 0.5초)는 출력주파수를 65kHz에서 선형적으로 감소해서 45kHz전후로 안정시키고 VcS가 3.5V에 이르면 출력주파수는 45kHz에서 약간 증가하게 되고(이에 소요되는 시간은 0.8초), 안정기는 완전한 광출력의 출력을 형광등에 공급하게 된다.
한편, 안정기가 작동을 시작할 때나 작동중에도 주변여건의 변동에 따라 주파수 변동 요인이 발생할 때 이와 함께 흔히 잡음이 발생한다. 이 잡음은 출력제어기(36)를 오동작시킬 수 있고 결과적으로 안정기를 불량품으로 만들게 된다. 콘덴서 Cs는 이러한 잡음을 흡수해주는 중요한 역할을 한다. 출력제어기(36)의 중요한 기능은 도 2a에 도시한 바와 같이 안정기의 공진출력부의 L1에서 상술된 무관검출기와 같은 방식으로 전류치를 검출해서 L1에 과전류나 이상전류(주파수가 너무 높은 것 등)가 흐르면 이것을 감지하여 귀환증폭기 입력의 일축에 전압으로 환산치를 인가하여 다른 일축의 기준치와 오차신호를 펄스폭 변조 비교기(33)에 인가하고 그 오차 범위 만큼 펄스폭을 제어한다.
또하나의 비교기(CMP1)는 펄스폭의 최대값을 제한하고 데드타임을 만드는 역할을 한다. 출력단의 플립플롭은 D 타입 플립플롭인데 펄스 입력의 상승에 동기해서 동작하며 출력 게이트에 출력 펄스를 분배한다.
기능제어부(30)에 있어서, 만일 입력전압이 저하되어 기준전압도 내려가고 바이어스전원이나 제어기능이 떨어지면, 스위칭 소자의 구동력이 적어짐으로서 능동상태가 되어 완전 ON하지 않으면 손실이 갑자기 대폭증가 하게되고 파손의 우려가 있다. 이에 대비해서 입력이 정격이하의 전압으로 떨어질 경우 UVLO가 출력을 숏다운 시켜 안정기의 작동을 중지시킨다.
상술한 바와 같이, 본 고안의 형광등용 전자식 안정기에 따르면, 점멸신호 연결선이 아무리 길어도 아상전압이나 잡음에 의한 이상전류가 안정기에 직접적으로 인가되는 것을 방지하면서 형광등의 조도를 주기적으로 조절하여 형광등을 점멸시킬 수 있다. 또한, 점멸 주기 중 점등 시에는 3단계 소프트 스타트의 구형파의 펄스폭 증가과정에서 바로 조도를 밝히면서 상승하기 때문에 예열에 소요되는 시간이 필요없이 순간적으로 점멸이 가능하게 된다.
본 발명에 의한 점멸용 형광등용 안정기는 일반 조명용에는 사용할 수 없고 특수효과로 나타내기 위한 이벤트 사업장이나 실내장식 및 광고용으로 사용하기 위한 것이다.
큰 간판을 제어하는데는 컴퓨터나 별도의 점멸기를 사용하여 원하는 색이나 원하는 포인트를 강조하여 점멸시킴으로 효과를 높일 수 있다.
자체 점멸용은 적은 간판 즉 형광등이 2 내지 6등 정도 사용하는 간판에 별도 점멸기를 사용하지 않기 때문에 자체 점멸로써 저렴하게 효과를 얻을 수는 있으나 형광등을 8개 이상 사용하는 일반 간판에는 별도로 제어할 수 있는 안정기가 필요하다.

Claims (2)

  1. 전원에 접속되어 교류전력을 받아들여 직류전원으로 전환하는 전파정류부;
    상기 전파정류부에 접속되어 직류전원의 역률을 향상시키는 역률조정부;
    상기 기능제어부, 전파 정류부 및 역률조정부에 접속되어 상기 전파정류부와 역률 조정부에서 공급된 직류전원으로부터 교류전압을 발생시키는 인버터부;
    한 코어에 감긴 제어변압기를 통하여 상기 인버터부에 연결되어 인버터를 작동시킬 구형파를 발생시켜 인버터의 출력소자를 구동시키는 기능제어부; 및
    상기 인버터부 및 램프에 접속되어 인버터로부터 출력된 구형파로부터 사인파전류를 생산하는 공진출력부를 포함하여 이루어지고,
    상기 기능제어부는 외부점멸기에서 나온 점멸신호를 빛으로 전환하여 그 광신호를 입력받는 인터페이스회로와, 상기 인터페이스회로에서 출력한 신호를 받아 형광등의 조도를 조절하는 조도조절회로를 포함하여, 외부로부터 인가된 점멸신호에 따라 소정의 주기로 제어함으로써 인버터에서 발생하는 구형파의 온 타임 듀티를 조절하여 형광등을 점멸시키는 것을 특징으로 하는 형광등용 전자식 안정기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기능제어부는 상기 인버터부의 출력이 완전한 광출력의 약 5%이하에 도달하면 인버터의 출력주파수를 완전한 광출력때의 정상출력주파수보다 35%∼50%정도까지 연속적으로 증가시켜 필라멘트를 지속적으로 예열하도록 하는 예열제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광등용 전자식 안정기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20010016093A (ko) * 2000-11-01 2001-03-05 김기대 형광등의 자동 밝기조절장치

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