KR20020020620A - 개선된 출력특성을 갖는 전자식 안정기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방전등용 램프의 이상상태에 관계없이 개선된 출력특성을 나타내는 전자식 안정기에 관한 것으로, 입력 교류신호를 정류하여 직류전압을 공급하는 정류부(200, 200')와, 정류부로부터 인가되는 전압을 공급받아 주어진 공진주파수로 발진하여 램프를 점등시키는 램프구동부(300', 300")와, 정류부로부터의 정류된 전압을 인가받아 램프구동부의 발진에 의해 램프를 점등시키는 램프부(400, 400", 400a, 400b)를 포함하는 방전램프용 전자식 안정기로서, 램프구동부(300', 300")는, 제1 바이패스부(310) 및 제2 바이패스부(320)를 포함하며, 제1 및 제2 바이패스부(310, 320)는 각각, 구동용 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스에 접속되어, 제1 및 제2 트랜지스터의 출력이 소정 레벨 이상일 경우, 제1 및 제2 트랜지스터의 베이스 전류를 일부 바이패스시켜 램프 출력특성을 개선하는, 바이패스용 제3 및 제4 트랜지스터(Q3, Q4)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 따른 안정기에 의하면, 간단한 방식으로 램프 냉각상태와 같은 이상상태에서도 램프로 출력되는 출력파형을 안정되게 하는 것이 가능하며, 결국 흑화현상을 억제하고 램프수명을 연장하며 전력소모를 줄이는 것이 가능하게 된다.

Description

개선된 출력특성을 갖는 전자식 안정기{ELECTRONIC BALLAST HAVING THE IMPROVED OUTPUT CHARACTERISTIC}

본 발명은 전자식 안정기의 개선에 관한 것으로, 특히 방전등용 램프의 이상상태에 관계없이 개선된 출력특성을 나타내는 전자식 안정기에 관한 것이다.

전자식 안정기는 안정기에 시동용 반도체 소자를 포함시킨 것으로, 그 스위칭 작용이나 전극 가열용 권선으로 전극을 예열하고 반도체 스위칭 작용으로 램프를 시동시키며, 점등 중에는 램프 전류 및 전극 가열용 권선에 의해 전극이 가열되는 회로방식에 사용되는 안정기로서, 램프와의 관계에 있어 래피드형과 인스턴트형이 있다.

먼저, 래피드형 전자식 안정기의 일 예를 도1을 들어 설명한다.

도1에 도시된 바와 같은 종래의 래피드형 전자식 안정기는, 예를들어 220V 교류전원의 전압을 안정화시키도록 트랜스포머(LF1), 바리스터(VA) 및 콘덴서(C1-C3) 로 이루어지는 전압안정화부(100)를 포함한다. 전압안정화부에서 안정화된 교류전압은 브리지 다이오드(D1-D4)로 이루어지는 정류부(200)에 의해 전파정류되며 전해콘덴서(C4)에 의해 평활화되어, 램프구동부(300)로 인가된다.

램프구동부는, 정류된 DC전원이 인가되는 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2); 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터(Q1, Q2)를 턴온하기 위한 공진변압기(T1); 및 저항(R1)을 통해 인가되는 정류된 DC 전원에 의해 충전된 전압을 다이악에 인가하여 다이악(DIAC)을 턴온하기 위한 콘덴서(C5) (일례로, 초기 점등시 32V 이상이 되어야 다이악이 동작하게 되며, 다이악이 동작하게 되면 제2 스위칭 트랜지스터(Q2)도 턴온됨)로 이루어지는 시동회로를 포함하여 이루어진다. 제1 스위칭 트랜지스터(Q1)의 베이스단에는 베이스 저항(R2) 및 스피드업 콘덴서(C7)의 RC병렬회로가, 그리고 제2 스위칭 트랜지스터(Q2)의 베이스단에는 베이스 저항(R3) 및 스피드업 콘덴서(C6)의 RC병렬회로가 접속된다. 또한 다이오드(D5)가 저항(R1)과 콘덴서(C5)의 접속점에 접속되며, 다이오드 D6 및 D7이 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터와 병렬로 접속되며, 다시 제1 스위칭 트랜지스터 및 다이오드 D6과는 병렬로 RC병렬회로(C8, R4)가 접속된다. 한편, 제1 및 제2 스위칭 트랜지스터의 접속단에는 공진변압기(T1)의 일차측 권선(T1)이 접속되며, 이를 통해 다음 단의 램프부(400)가 접속되어 램프를 구동하게 된다.

램프부(400)의 램프(LAMP)의 일측 단자에는 변압기(PT1)가 접속되며, 양 전극이 잡음방지용 콘덴서(C9)를 통해 접속된다. 램프(LAMP)의 타측 전극에는 콘덴서(C10, C11)가 전원 및 접지 단자와 각각 접속된다.

그리고, 이러한 래피드 스타트 방식의 안정기는 전극을 미리 예열하여 400-500V에서 방전을 행할 수 있도록 하고 있다. 그러나, 이는 변압기에서 상당한 전력 손실을 가져오게 되는 단점이 있다.

한편, 인스턴트형 전자식 안정기의 일 예를 도2를 들어 설명한다.

도2에 도시된 바와 같은 종래의 인스턴트형 전자식 안정기 역시, 도1의 래피드형과 유사하다. 따라서 동일한 구성을 가지며 동일한 기능을 행하는 전압안정화부(100), 정류부(200), 전해콘덴서(C4), 램프구동부(300) 및 콘덴서(C10, C11)에 대해서는 동일한 부재번호를 붙이고 설명을 생략한다.

도2의 인스턴트형 전자식 안정기에서, 램프부(400')의 램프(LAMP)는 변압기(T2)를 통해 램프구동부와 접속되며, 트랜지스터의 스위칭에 의해 고전압(일례로 1000V)으로 순간점등된다. 그러나, 이는 기동시에 고전압이 형광방전등의 전극에 걸리므로, 램프의 흑화현상이 우려되며 수명이 짧아지고, 소모전력도 많게된다는 문제점이 있다. 미설명 부호 C9'는 콘덴서이다.

즉, 이상의 종래의 방전등용 램프를 구동하기 위한 전자식 안정기의 경우, 제1 트랜지스터의 이미터를 통한 램프에 인가되는 전류 파형은 도 7a에서 보는 바와 같이, 톱니파형을 이루게 되는데, 초기상태와 같이 램프가 냉각된 상태와 같은 이상상태에서는 과전류로 인하여 진폭이 불필요하게 커지게 되며, 이는 전력소모는 물론 여러 가지 악영향을 미치게 된다. 즉, 방전등용 램프는 초기에 필라멘트를 예열시키기 위한 많은 양의 전류를 필요로 한다. 따라서 이에 필요한 예열전류가 필라멘트에 인가되지 않으면 도 7a에서 보는 바와 같이, 피크 전류가 인가되어 램프의 필라멘트를 손상시키는 주요한 역할을 하게 되는데, 이를 방지하기 위해 종래에는 소프트 스타트(soft start)방식을 사용하기도 하여 예열전류를 인가하기도 하였다. 그러나, 이 경우에는 회로 구성상에 코스트가 상승하게 된다는 또다른 문제점이 있게 된다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 제1 목적은, 램프초기 점등시와 같은 이상상태에서도 개선된 출력을 나타내는 전자식 안정기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제2 목적은, 안정기에 있어서의 별다른 코스트의 증가 없이도 "음극 예열전류" 규격을 만족시키는 전자식 안정기를 제공하는 것이다.

아울러, 본 발명의 제3 목적은, 램프의 이상상태에서 필라멘트 전압이 크게 되는 것을 막아 흑화현상을 방지하고 전력소모를 감소시키는 전자식 안정기를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적이나 효과는, 첨부한 도면을 참고하여 기술한 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

도 1은 종래의 래피드(rapid)형 전자식 안정기의 회로도.

도 2는 종래의 인스턴트(instant)형 전자식 안정기의 회로도.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 개선된 출력특성을 갖는 전자식 안정기의 회로도.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 개선된 출력특성을 갖는 전자식 안정기의 회로도.

도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 개선된 출력특성을 갖는 전자식 안정기의 회로도.

도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 관한 개선된 출력특성을 갖는 전자식 안정기의 회로도.

도 7a 및 도 7b는 종래의 전자식 안정기의 출력파형과 본 발명에 관한 전자식 안정기의 출력파형을 도시하고 있다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100, 100' : 입력전원 공급부 200, 200' : 정류부

300, 300', 300" : 램프구동부 310, 320 : 바이패스부

400, 400', 400", 400a, 400b : 램프부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자식 안정기는, 입력 교류신호를 정류하여 직류전압을 공급하는 정류부(200, 200')와, 상기 정류부로부터 인가되는 전압을 공급받아 주어진 공진주파수로 발진하여 램프를 점등시키는 램프구동부(300', 300")와, 상기 정류부로부터의 정류된 전압을 인가받아 상기 램프구동부의 발진에 의해 램프를 점등시키는 램프부(400, 400", 400a, 400b)를 포함하는 방전램프용 전자식 안정기로서, 상기 램프구동부(300', 300")는, 제1 바이패스부(310) 및 제2 바이패스부(320)를 포함하며, 상기 제1 및 제2 바이패스부(310, 320)는 각각, 구동용 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스에 접속되어, 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 출력이 소정 레벨 이상일 경우, 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 베이스 전류를 일부 바이패스시켜 램프 출력특성을 개선하는,바이패스용 제3 및 제4 트랜지스터(Q3, Q4)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 제1 바이패스부(310)는, 상기 바이패스용 제3 트랜지스터(Q3)의 콜렉터 단자가 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스단에 접속되며, 이미터는 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 접속점에, 그리고 베이스는 베이스 임피던스(R5, C12)를 통해 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 접속점에 접속되며, 상기 제1 트랜지스터의 이미터와 상기 제3 트랜지스터(Q3)의 베이스는 제1 다이오드(D8)를 통해 접속됨으로써 구성되며, 상기 제2 바이패스부(320)는, 상기 바이패스용 제4 트랜지스터(Q4)의 콜렉터 단자가 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스단에 접속되며, 이미터는 접지되며, 그리고 베이스는 베이스 임피던스(R8, C13)를 통해 접지되며, 상기 제2 트랜지스터의 이미터와 상기 제4 트랜지스터(Q4)의 베이스는 제2 다이오드(D9)를 통해 접속됨으로써 구성된다.

더욱 바람직하기로는, 상기 램프부(400a)의 램프의 각 전극을 예열하기 위한 필라멘트 양단에 역류방지용 다이오드(D10, D11)가 접속되거나, 상기 램프부(400b)의 램프의 각 전극을 예열하기 위한 필라멘트 양단에 컨덴서(C14, C15)가 접속되거나, 상기 램프부(400")의 램프의 각 전극을 구성하는 필라멘트 양단이 쇼트되도록 구성된다.

이하 첨부된 도면 도3 내지 도6을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 설명의 간략화를 위해, 상기 도면에서 종래의 안정기 회로에서와 동일한 기능을 갖는 소자는 동일한 부재번호 및 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명의 제1 실시예에 관한 전자식 안정기를 도 3을 참조하여 설명한다.

도3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 관한 전자식 안정기 역시, 도1의 종래의 전자식 안정기와 동일하게 전압안정화부(100), 정류부(200) 및 램프부(400)를 가지게 되며, 이외에도 전해콘덴서(C4) 및 램프의 타측 단자에 접속되어 있는 콘덴서(C5, C6)를 갖는다.

도3의 본 발명의 제1 실시예에 관한 안정기에서의 램프구동부(300')는, 제1 및 제2 트랜지스터에 각각 제1 및 제2 바이패스부(310, 320)가 삽입된다. 이를 더 상세히 설명한다.

제1 바이패스부(310)에는 소신호 트랜지스터인 바이패스용 트랜지스터(Q3)가 포함되는 바, 바이패스용 트랜지스터(Q3)의 콜렉터 단자는 메인 파워 트랜지스터인 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스단에 접속되며, 이미터는 제1 및 제2 트랜지스터의 접속점에, 그리고 베이스단은 베이스 저항(R5) 및 콘덴서(C12)의 병렬회로를 통해 역시 제1 및 제2 트랜지스터의 접속점에 접속된다. 한편, 상기 제1 트랜지스터의 이미터 저항(R7)에는 다이오드(D8)가 접속되는 바, 이 다이오드의 캐소드측은 저항(R6)을 통해 다시 바이패스용 트랜지스터(Q3)의 베이스측에 접속된다.

제2 바이패스부(320)에도 역시, 제1 바이패스용 트랜지스터(Q4)가 포함되는 바, 제2 바이패스용 트랜지스터(Q4)의 콜렉터 단자는 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스단에 접속되며, 이미터는 접지되고, 베이스단은 베이스 저항(R8) 및 콘덴서(C13)의 병렬회로를 통해 역시 접지된다. 역시, 상기 제1 트랜지스터의 이미터 저항(R10)에는 다이오드(D9)가 접속되는 바, 이 다이오드의 캐소드측은 저항(R9)을 통해 다시제2 바이패스용 트랜지스터(Q4)의 베이스측에 접속된다.

따라서, 본 발명에서는 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)의 이미터로의 출력이 각각 다이오드(D8, D9)를 통해 제1 및 제2 바이패스용 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스단에 인가되는 바, 만약 램프가 냉각된 상태와 같이 이상상태에서 램프구동시에는 제1 및 제2 트랜지스터에 과전류가 발생되어 바이패스용 트랜지스터를 턴온하게 되므로, 공진용 트랜지스터(T1)에서 전류가 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스측으로 모두 흐르지 않고 일부가 제1 및 제2 바이패스용 트랜지스터(Q3, Q4)로 흐르게 된다. 따라서, 램프로의 과대출력이 출력되는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다.

즉, 시동 초기에 많은 량의 제1 및 제2 트랜지스터의 베이스 전류를 양분시켜(도 3의 화살표 참조), 램프에 인가되는 초기전류를 낮게 인가하면서 시간을 지연하게 되며, 이 시간동안 일시적인 충격을 완화하며 충분한 예열전류를 공급하게 된다. 따라서, 별도의 고비용의 소프트 스타트 회로를 사용하지 않아도 도 7b에서 보는 바와 같이, 시동초기에 피크전류의 발생을 방지하는 것이 가능하게 된다.

도 7b는 본 발명의 제1 실시예에 관한 안정기 회로의 출력을 도시한 그래프인 바, 도 7a의 종래의 안정기의 출력에 비해 출력이 개선되어 있음을 알 수 있다.

한편, 도 4에는 본 발명의 제2 실시예의 전자식 안정기가 도시되어 있다. 본 실시예는 도 4에서 보는 바와 같이, 도 3의 제1 실시예의 안정기와 흡사하나, 램프부(400a)가 약간 상이하다. 즉, 램프부의 각 전극을 예열하기 위한 필라멘트 양단에 역류방지용 다이오드(D10, D11)가 접속되어 있다는 점을 제외하고는, 도 3의제1 실시예의 안정기와 동일하다. 따라서 나머지 부분에 대해서는 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

이상의 전자식 안정기들의 경우, 필라멘트 저항이 약 3-10Ω일 때, 필라멘트 전압은 3-10V 정도로 변화하며, 소비전력은 대략 1.7W가 되나 경우에 따라서 3W까지 되기도 한다. 그러나, 상기 본 발명의 제2 실시예의 안정기에 의하면, 필라멘트 양단에 역류다이오드를 추가함으로써 일측 방향으로만 전류를 허용하기 때문에 전압이 3V까지만으로 억제되고 결국 흑화현상을 보다 효과적으로 방지할 수 있고, 전력소모도 감소시킬 수 있다.

한편, 도 5에는 본 발명의 제3 실시예의 전자식 안정기가 도시되어 있다. 본 실시예 역시 도 5에서 보는 바와 같이, 도 3의 제1 실시예의 안정기와 흡사하나, 램프부(400b)가 역시 약간 상이하다. 즉, 램프부의 각 전극을 예열하기 위한 필라멘트 양단에 컨덴서(C14, C15)가 접속되어 있다는 점을 제외하고는, 도 3의 제1 실시예의 안정기와 동일하다. 따라서 나머지 부분에 대해서는 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

상기 본 발명의 제3 실시예의 안정기에 의하면, 필라멘트 양단에 콘덴서(C14, C15)를 추가함으로써 필라멘트 전압을 낮춰주게 되며, 램프의 수명을 연장시켜 준다.

마지막으로, 본 발명의 제4 실시예의 전자식 안정기를 도 6을 참조하여 설명한다. 본 실시예의 안정기는, 도 6에서 보는 바와 같이, 도3의 제1 실시예의 안정기 그 기본적인 기술사상은 동일하다. 다만, 본 실시예의 안정기의 경우에는, 전압안정화부(100')가 퓨즈(F)와 변압기(LF1) 및 바리스터(VA)로 구성된다.

또한, 쵸크코일(L1), 정류용 다이오드(D101, D102) 및 평활용 콘덴서(C4)로 이루어지는 직류전원 공급부(200')가 전압안정화부(100')에 접속되며, 직류전원 공급부(200')에 램프구동부(300") 및 램프부(400")가 접속된다.

본 실시예의 램프구동부(300") 역시, 제1 실시예의 램프구동부(도 3의 300)에 비해 제1 트랜지스터와 병렬로 접속되는 RC회로(C8, R4)가 없고, 대신 콘덴서(C5)와 병렬 접속되는 저항(R1')만 상이할 뿐, 나머지는 제1 실시예의그것과 동일하므로 더 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예의 램프부(400") 역시, 제1 실시예의 램프부(도 3의 400)와 유사하나, 램프 전극을 구성하는 각 필라멘트 양단이 쇼트되어 있다는 점이 크게 상이하다. 이렇게 필라멘트 양단이 쇼트되어 있음으로 인하여 도2의 인스턴트형에 비해 전극에서 소모되는 1.7W 정도의 전력소모를 줄일 수 있는가 하면, 도1의 래피드형에 비해서는 변압기에서 소모되는 전력소비를 줄이는 것이 가능하게 된다. 이는 UV램프, 고압방전등에 적용시 특히 뛰어난 효과를 발휘한다.

이상 본 발명을 첨부도면에 도시된 실시예들을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자가 용이하게 생각해 낼 수 있는 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 한계는 다음의 특허청구범위에 의해서만 한정되어야 한다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 안정기에 의하면, 간단한 방식으로 램프 냉각상태와 같은 이상상태에서도 램프로 출력되는 출력파형을 안정되게 하는 것이 가능하며, 결국 흑화현상을 억제하고 램프수명을 연장하며 전력소모를 줄이는 것이 가능하게 된다.

Claims (5)

1. 입력 교류신호를 정류하여 직류전압을 공급하는 정류부(200, 200')와, 상기 정류부로부터 인가되는 전압을 공급받아 주어진 공진주파수로 발진하여 램프를 점등시키는 램프구동부(300', 300")와, 상기 정류부로부터의 정류된 전압을 인가받아 상기 램프구동부의 발진에 의해 램프를 점등시키는 램프부(400, 400", 400a, 400b)를 포함하는 방전램프용 전자식 안정기로서,

   상기 램프구동부(300', 300")는, 제1 바이패스부(310) 및 제2 바이패스부(320)를 포함하며,

   상기 제1 및 제2 바이패스부(310, 320)는 각각, 구동용 제1 및 제2 트랜지스터(Q1, Q2)의 베이스에 접속되어, 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 출력이 소정 레벨 이상일 경우, 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 베이스 전류를 일부 바이패스시켜 램프 출력특성을 개선하는, 바이패스용 제3 및 제4 트랜지스터(Q3, Q4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 바이패스부(310)는, 상기 바이패스용 제3 트랜지스터(Q3)의 콜렉터단자가 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스단에 접속되며, 이미터는 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 접속점에, 그리고 베이스는 베이스 임피던스(R5, C12)를 통해 상기 제1 및 제2 트랜지스터의 접속점에 접속되며, 상기 제1 트랜지스터의 이미터와 상기 제3 트랜지스터(Q3)의 베이스는 제1 다이오드(D8)를 통해 접속됨으로써 구성되며,

   상기 제2 바이패스부(320)는, 상기 바이패스용 제4 트랜지스터(Q4)의 콜렉터 단자가 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스단에 접속되며, 이미터는 접지되며, 그리고 베이스는 베이스 임피던스(R8, C13)를 통해 접지되며, 상기 제2 트랜지스터의 이미터와 상기 제4 트랜지스터(Q4)의 베이스는 제2 다이오드(D9)를 통해 접속됨으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 램프부(400a)의 램프의 각 전극을 예열하기 위한 필라멘트 양단에 역류방지용 다이오드(D10, D11)가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 램프부(400b)의 램프의 각 전극을 예열하기 위한 필라멘트 양단에 컨덴서(C14, C15)가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 램프부(400")의 램프의 각 전극을 구성하는 필라멘트 양단이 쇼트되어 있는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.