KR20020062813A - Ｓｅｐｉｃ 변환기를 갖는 램프 안정기 - Google Patents

Abstract

SEPIC 변환기로서 설계된 입력단를 갖는 램프의 전자식 안정기.

불연속적인 전류 프로파일(profile)을 가진 모드에서 SEPIC 변환기를 동작시키는 방식으로 속도가 느린 마이크로컨트롤러가 제어에 사용될 수 있다.

Description

ＳＥＰＩＣ 변환기를 갖는 램프 안정기 {LAMP BALLAST WITH SEPIC CONVERTER}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 전자식 안정기에 관한 것이다. 더욱 상세히는 본 발명은 전자식 안정기의 입력단에 대한 제어 설계에 관한 것이다.

WO 96/03017(Krummel)은 램프 동작을 위한 전자식 안정기를 개시하고 있으며, 그것은 이단 구조(two-stage structure)를 갖고 있다. 입력단는 정류된 메인 전압(mains voltage)에 의해 작동되고 직류 전압을 제공한다. 이 직류 전압은 인버터를 작동시키는데 사용되고, 여기서 인버터는 램프 동작을 위한 고주파교류 전압(메인 전압의 주파수에 비교하여)을 생성한다. 입력단에는 다음의 과제가 할당된다.: 메인 전류 고조파를 규격치(IEC 1000-3-2)로 줄이기 위해 그것은 메인측에 관한 역률을 수정해야 한다. 그것은 역시 실질적으로 메인 전압 변동(fluctuation)에 독립적인 직류 전압을 제공해야 한다.

상기 공보에서 입력단은 스텝업(step-up) 변환기로서 설계되었다. 이런 아주 만연된 방법은 거의 부품을 들이지 않고 아주 높은 효율을 얻는 이점을 갖는다. 그러나 스텝업 변환기를 가진 입력단은 이하의 단점을 갖는다. 보내진 직류 전압이 항상 메인 전압의 최대치보다 크고; 그것은 강한 RF 간섭을 발생시키며; 시동 전류가 높고 아날로드 모드에서 작동하거나 또는 디지털 모드에서 작동시 실질적으로 메인의 주파수보다 더 높은 샘플링 레이트(sampling rate)를 갖는 변환기가 제어시 필요하다. 마지막 단점은 다음의 배경을 갖는다. 스텝업 변환기는 스위치 방식(switched-mode) 변환기이다. 즉, 그것은 그 듀티 비(duty ratio)가 입력 전류에 현저하게 영향을 주는 스위치를 갖는다. "듀티 비"라는 용어는 일반적으로 스위치가 꺼져 있는 동안의 시간에 대한 스위치가 켜져 있는 동안의 시간의 비율을 가리킨다. 높은 역률을 얻기 위해 듀티 비는 메인 전압에 맞춰 조정되어야 한다.

덜 알려진 방법으로는 입력단에서 소위 SEPIC 변환기라 하는 것을 사용하는 것이 있다. 그것은 다음의 문헌에 설명되어 있다.

1994년 멕시코, IEEE Power Electronics Congress(CIEP)에서 R. Antonio 등에 의해 개시된 "EVALUATION OF BOOST, SEPIC AND CUK TOPOLOGIES AS POWER FACTOR CORRECTION STAGE IN ELECTRONIC BALLAST APPLICATIONS". SEPIC 변환기가 더 많은 부품을 요하기는 하지만 전술한 스텝업 변환기의 단점을 피할 수 있다. 이 경우에, 상기의 문헌에서 설명된 불연속 전류 프로파일을 가진 모드는 중요한 역할을 수행한다.:이 모드에서 SEPIC 변환기에 포함된 스위치가 일정한 듀티 비로 규격 메인 전류 고조파가 되는 역률을 달성하는 것이 가능하다.

본 발명의 목적은, 저렴한 방법으로 SEPIC 변환기의 장점을 이용하는, 청구항 제1항에 따른 전자식 안정기를 제공하는 것이다.

도면은 마이크로컨트롤러의 제어에 의한 본 발명에 따른 부착된 램프와 입력단를 가진 전자식 안정기를 보여준다.

본 발명의 목적은 청구항 제1항과 제3항의 특징부의 특색에 의해, 청구항 제1항과 제3항의 전제부의 특징을 갖는 전자식 안정기를 구비함으로써 달성된다. 특별히 유리한 구성은 청구항 제2항에 주어진다.

출력 전압을 제어하고 SEPIC 변환기의 역률을 조정하기 위해, 상기의 문헌에서는 아날로그 컨트롤러가 사용된다. 본 발명에 따르면, SEPIC 변환기를 제어하기 위해 디지털 컨트롤러가 사용된다. 더 나아가, 시장을 석권하는 스텝업 변환기 제어를 위해 상술한 조건은 디지털 컨트롤러가 사용될 때 그것이 메인 주파수를 변환할 수 있는 샘플링 과정을 가져야 한다는 것을 자명하게 한다. 이러한 정황에서 "아날로그 컨트롤러"는 연속적인 시간 함수로서 실제값으로 읽어 들이고 처리하며 제어값을 출력하는 컨트롤러를 의미하게 된다. 디지털 컨트롤러는 불연속적인 시간 함수로서 작동한다. 실제 값은 단지 시간의 불연속적인 지점에서 샘플링되고 시간의 불연속적인 지점 사이에는 샘플링 간격이 존재한다. 새로운 제어값은 시간의 불연속적인 지점에서의 출력과 마찬가지이다. 이것은 그 안의 제어값이 일정한 제어 간격을 일으킨다. 스텝업 변환기에서는 상기의 적절한 규격의 요구조건을 만족시키기 위해 샘플링과 제어 간격이 메인 주파수 주기의 1%보다 짧아야 한다는 것이 밝혀졌다.

본 발명은 불연속적인 전류 프로파일을 가진 모드에서 충분히 좋은 역률이 일정한 듀티 비로 얻어질 수 있는 SEPIC 변환기의 전술한 성질을 이용한다. 듀티 비는 순간적인 메인 전압에 맞춰지는 것이 아니라 단지 SEPIC 변환기의 출력 전압이 제어되는 것이다. 출력 전압은 메인 주파수 주기의 1%보다 더 짧은 간격으로 샘플링될 필요가 없다. 본 발명에 따르면, 제어 간격, 즉 듀티 비가 일정하게 유지되는 시간은, 이제 적어도 메인 주파수 주기의 1%만큼 길다. 예를 들어 50Hz의 메인 주파수에 대해, 제어 간격은 적어도 0.2ms가 된다.

상업적으로 이용가능한 마이크로컨트롤러는 전자식 안정기의 입력단에 관한 본 발명을 따른 컨트롤러를 구현할 유연한 해결책을 구성한다. 본 발명은 단지 긴 샘플링 간격(스텝업 변환기의 제어와 비교하여)을 요구하므로 저렴한 마이크로컨트롤러가 선택될 수 있다.

본 발명은 전형적인 실시예를 참조하여 더 자세히 설명될 것이다.

아래에서 커패시터는 C, 인덕터는 L, 다이오드는 D, 스위치는 S로 표시하고, 각각의 경우에는 숫자가 부여된다.

전자식 안정기는 정류된 메인 전압(V1)에 의해 전압을 공급받고, 메인 전압은 그것의 음극 단자에 의해 접지전위(M)에 연결된다. 인덕터(L1)와 스위치(S1)로 구성된 직렬 회로는 정류된 메인 전압(V1)의 양극 단자에 부착된다. 스위치(S1)는 접지전위(M)에 연결된다. 그것은 바람직하게는 반도체 스위치로 설계된다. 커패시터(C1)와 인덕터(L2)로 구성된 직렬 회로는 인덕터(L1)와 스위치(S1)의 연결점에 부착된다. 인덕터(L2)는 접지전위(M)에 연결된다. 인덕터(L1)와 인덕터(L2)는 결합될 수 있다. 이것은 메인 피드(mains feed)에서 생성된 RF 간섭을 감소시킨다. 다이오드(D1)와 커패시터(C2)로 구성된 직렬 회로는 커패시터(C1)와 인덕터(L2)의 연결점에 부착된다. 커패시터(C2)는 접지 전위(M)에 연결된다. 사각형 점선으로 표시한 부분(P)은 전자식 안정기의 입력단을 구성한다. 그것은 인덕터(L1, L2), 커패시터(C1, C2), 스위치(S1), 다이오드(D1) 요소를 포함하고 그 요소들은 SEPIC 변환기를 형성한다. 커패시터(C2)에서 SEPIC 변환기는 직류 전압을 이용가능하게 하고 그것과 함께 인버터(W)가 공급될 수 있다. 램프(LP)는 인버터(W)의 출력에 부착된다. 인버터(W)는 바람직하게는 하프-브리지(half-bridge) 인버터로 설계된다. 그것은 램프(Lp)를 위한 커플링 회로를 포함한다.

입력단(P)를 제어하기 위해 마이크로컨트롤러(UC)가 제공된다. 그것은 입력단(P)의 출력 전압을 직류 전위(potential DC)로부터 샘플링하고 스위치(S1)의 제어 전극(G1)까지 직류 전위에서 직류 전압에 대한 바람직한 설정점값으로 이끄는 듀티 비로 신호를 보낸다. 본 발명에 따르면, 직류 전위는 마이크로컨트롤러에 의해 적어도 메인 주파수 주기의 1% 정도의 샘플링 간격으로 샘플링된다. 따라서, 제어 간격은 역시 적어도 메인 주파수 주기의 1% 정도이다.

마이크로컨트롤러(UC)와 인버터(W) 사이에 연결선(B)가 있다. 그 결과 마이크로컨트롤러(UC)는 인버터(W)를 위한 제어와 조정 작업을 수행할 수 있다. 이것은 저렴한 마이크로컨트롤러(UC)로도 가능하며, 본 발명에 따르면 주로 마이크로컨트롤러(UC)는 단지 긴 샘플링 간격에서 입력단(P)을 위한 조정 작업을 수행하는 것이 필요하기 때문이다.

전형적인 실시예는 단지 하나의 램프를 갖고 있다. 그러나 본 발명은 램프가 여러 개인 응용예에도 적용될 수 있다.

본 발명은 SEPIC 변환기의 이점을 잘 이용하고 가격이 기존의 스텝업 변환기를 이용한 것보다 저렴하다.

Claims (3)

1. 램프의 전자식 안정기로서,

   상기의 전자식 안정기는 메인 전압에서 동작하도록 되어 있으며 입력단을 포함하고, 상기 입력단은 SEPIC 변환기로 설계되고 불연속적인 전류 프로파일을 가진 모드에서 동작하며,

   상기 입력단을 제어하기 위해 그 제어 간격이 메인 주파수 주기의 적어도 1% 인 디지털 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
2. 제1항에 있어서,

   입력단 제어는 마이크로컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 안정기.
3. 불연속적인 전류 프로파일을 가진 모드에서 동작되는 SEPIC 변환기를 포함하는 램프의 전자식 안정기의 입력단을 제어하는 방법으로서,

   SEPIC 변환기의 듀티 비가 적어도 메인 주파수 주기의 1% 정도까지의 시간 간격에서 다양한 것을 특징으로 하는 제어 방법.