KR20020073756A - 고압방전램프의 전자식 안정기용 보호회로 - Google Patents

고압방전램프의 전자식 안정기용 보호회로 Download PDF

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KR20020073756A
KR20020073756A KR1020010013552A KR20010013552A KR20020073756A KR 20020073756 A KR20020073756 A KR 20020073756A KR 1020010013552 A KR1020010013552 A KR 1020010013552A KR 20010013552 A KR20010013552 A KR 20010013552A KR 20020073756 A KR20020073756 A KR 20020073756A
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Abstract

본 발명은 고압방전램프가 충분히 냉각되지 않은 상태에서 발생되는 과전압을 감지하여 안정기 회로의 구동을 정지시킴에 의해 관련 회로소자 및 고압방전램프를 보호하기 위한 고압방전램프의 전자식 안정기용 보호회로를 제공한다.
이를 위해 본 발명은 스위칭트랜스의 역기전력 발생에 따라 상호 교번적이고 반복적으로 스위칭되어 공진주파수의 발진동작을 수행하는 복수의 스위칭 트랜지스터를 갖춘 트리거신호 발생부와, 상기 트리거신호 발생부의 발진동작에 따라 일치된 공진주파수로 고압방전램프를 점등 구동시키는 램프 구동부를 구비한 고압방전램프의 안정기 회로에 있어서, 상기 고압방전램프의 미점등 시에 상기 램프 구동부로부터 발생되는 과전압을 검출하는 고압펄스 트랜스와, 상기 고압펄스 트랜스로부터 과전압이 검출되면, 상기 복수의 스위칭 트랜지스터에 대한 스위칭 타이밍을 조절하는 제 1램프 보호회로 및, 상기 고압펄스 트랜스로부터 과전압이 검출되면, 상기 스위칭트랜스로부터 발생되는 역기전력을 바이패스시켜서 상기 트리거신호 발생부의 복수의 스위칭 트랜지스터에 대한 스위칭구동을 정지시키는 제 2램프 보호회로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

고압방전램프의 전자식 안정기용 보호회로{Protective circuit for ballast high pressure discharge lamp}
본 발명은 고압방전램프의 전자식 안정기 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고압방전램프가 충분히 냉각되지 않은 상태에서 점등되는 것을 방지하여 램프 및 주변회로소자를 보호하기 위한 고압방전램프의 전자식 안정기용 보호회로에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 수은램프(Mercury Lamp)와 나트륨램프(Sodium Lamp), 메탈 할로겐램프(Metal Halide Lamp) 및 할로겐램프(Halogen Lamp) 등과 같은 고압방전램프는 공원이나 주차장, 철도역사 등과 같은 옥외 조명용으로 사용될 뿐만 아니라, 체육관이나 백화점, 전시장 등과 같은 옥내시설의 조명용으로도 널리 이용되고 있는 추세이다.
이러한 고압방전램프는 일반적으로 통용되는 전구나 램프보다 높은 전력효율을 갖고 있으면서 절전효과가 뛰어나고, 점등시간이 빠른 대신에 안개나 연기의 투과력이 높기 때문에, 다양한 장소 및 분야에 설치가 가능하다는 장점이 있다.
한편, 이러한 고압방전램프는 약 100∼1000 와트(W) 정도의 고전력을 사용하고 있기 때문에, 그러한 고전력을 안정적으로 유지시키기 위해 전용의 안정기 회로를 채용하고 있는 바, 상기 안정기 회로는 전계효과 트랜지스터 등으로 이루어진 스위칭 회로와, 고압방전램프를 구동시키는 램프 구동부로 이루어진다.
그러나, 이러한 고압방전램프의 경우에는 외란 등의 이유에 의해 램프가 파손 또는 단선되거나, 해당 고압방전램프의 점등 및 냉각이 반복되는 과정에서 충분히 냉각이 이루어지기까지 소요되는 약 2∼5분 정도의 기간 동안에 램프의 점등이 이루어지지 못하기 때문에, 관내압의 상승으로 인해 전기에너지가 램프에 공급되지 못하게 되면서 안정기 회로의 스위칭 회로를 구성하는 전계효과 트랜지스터와 같은회로소자에 높은 과전압의 펄스신호가 인가됨에 따라, 회로소자 및 관련 부품의 파손이 야기되고, 방전램프의 수명을 단축시키는 요인으로 작용한다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 고압방전램프가 충분히 냉각되지 않은 상태에서 발생되는 과전압을 감지하여 안정기 회로의 구동을 정지시킴에 의해 관련 회로소자 및 고압방전램프를 보호하기 위한 고압방전램프의 전자식 안정기용 보호회로를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고압방전램프의 전자식 안정기용 보호회로에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10:교류-직류 변환부, 20:트리거신호 발생부,
30:램프 구동부, 40:램프 보호회로부,
Q1,Q2:전계효과 트랜지스터, Q3,Q4:바이폴라 트랜지스터,
T2-c:1차측 스위칭트랜스 권선, T2-a,T2-b:2차측 스위칭트랜스 권선,
LFT:노이즈 제거용 인덕터, D1∼D5:다이오드,
R1∼R4:저항(탄소피막 저항), R5∼R7:저항(시멘트 저항),
Z1∼Z4:제너다이오드.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면, 스위칭트랜스의 역기전력 발생에 따라 상호 교번적이고 반복적으로 스위칭되어 공진주파수의 발진동작을 수행하는 복수의 스위칭 트랜지스터를 갖춘 트리거신호 발생부와, 상기 트리거신호 발생부의 발진동작에 따라 일치된 공진주파수로 고압방전램프를 점등 구동시키는 램프 구동부를 구비한 고압방전램프의 안정기 회로에 있어서, 상기 고압방전램프의 미점등 시에 상기 램프 구동부로부터 발생되는 과전압을 검출하는 고압펄스 트랜스와, 상기 고압펄스 트랜스로부터 과전압이 검출되면, 상기 복수의 스위칭 트랜지스터에 대한 스위칭 타이밍을 조절하는 제 1램프 보호회로 및, 상기 고압펄스 트랜스로부터 과전압이 검출되면, 상기 스위칭트랜스로부터 발생되는 역기전력을 바이패스시켜서 상기 트리거신호 발생부의 복수의 스위칭 트랜지스터에 대한 스위칭구동을 정지시키는 제 2램프 보호회로를 포함하여 구성된 고압방전램프의 전자식 안정기용 보호회로를 제공한다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 고압방전램프(LAMP)에 약 100∼1000 와트(W)의 고전력을 안정적으로 공급하기 위해 교류전압을 직류전압으로 변환하는 교류-직류 변환부(10)와, 그 교류-직류 변환부(10)의 직류전압을 인가받아 구동되어 트리거신호를 발생하는 트리거신호 발생부(20), 트리거신호에 의해 고압방전램프(LAMP)를 점등시키는 램프 구동부(30) 및, 고전압으로부터 상기 고압방전램프(LAMP)를 보호하기 위한 램프 보호회로부(40)가 구성된다.
동 도면에서, 상기 교류-직류변환부(10)는 교류전원(AC)의 일단과 타단에 부전압 서미스터(NTC)와 퓨즈(F)가 각각 접속되고, 그 양단 사이에는 서지전압 제거소자(TNR)와 교류전압의 고주파 노이즈를 제거하기 위한 노이즈 제거용 인덕터(LFT)와 커패시터(C1)가 접속된다.
여기서, 상기 부전압 서미스터(NTC)는 교류전압 중에서 과전압이 검출되면 내부저항이 상승되어 접속단을 단락시킬 수 있도록 되어 있고, 상기 퓨즈(F)는 교류전압에서 소정의 허용치 이상의 과전압이 인가되면 오픈(Open)되도록 설계되어 있다.
또한, 상기 서지전압 제거소자(TNR)는 교류전원에서 혼입된 서지전압을 흡수하고, 노이즈 제거용 인덕터(LFT)와 커패시터(C1)는 교류전압에 포함되어 있는 고주파의 노이즈성분만을 제거할 수 있도록 되어 있다.
한편, 상기 교류-직류변환부(10)에서 상기 노이즈 제거용 인덕터(LFT)와 커패시터(C1)를 매개로 하는 교류전원(AC)의 양단은 교류전압을 정류하기 위한 브릿지 다이오드(BD1)와 접속되고, 상기 브릿지 다이오드(BD1)는 정류된 전압의 맥류성분을 평활화하하기 위한 평활용 커패시터(C2)와 접속된다.
동 도면에서, 상기 트리거신호 발생부(20)는 상기 교류-직류변환부(10)의 브릿지 다이오드(BD1) 및 평활용 커패시터(C2)의 양단에 대해 저항(R1) 및 커패시터(C3)가 상호 직렬로 접속되고, 상기 저항(R1)과 커패시터(C3)의 접속점으로부터 다이오드(D1)의 순방향 접속단과 브릿지 다이오드(BD1)의 출력단 사이에는 스위칭 회로소자로서 제 1전계효과 트랜지스터(Q1)가 접속되며, 그 제 1전계효과 트랜지스터(Q1)의 게이트단과 드레인단 사이에는 상기 램프 구동부(30)를 구성하는 후술하는 1차측 스위칭트랜스 권선(T2-c)과 연동되는 2차측 스위칭트랜스 권선(T2-a)과 제너다이오드(Z1)(Z2)가 각각 병렬로 접속되어 있다.
또한, 상기 트리거신호 발생부(20)는 상기 저항(R1) 및 커패시터(C3)의 사이에 접속된 저항(R4) 및 다이액(DA1)의 접속단과, 상기 브릿지 다이오드(BD1)의 출력단 사이에 스위칭 회로소자로서 제 2전계효과 트랜지스터(Q2)가 접속되고, 그 제 2전계효과 트랜지스터(Q2)의 게이트단과 드레인단 사이에는 상기 램프 구동부(30)를 구성하는 1차측 스위칭트랜스 권선(T2-c)과 연동되는 2차측 스위칭트랜스 권선(T2-b)과 제너다이오드(Z3)(Z4)가 각각 접속되어 있다.
한편, 상기 2차측 스위칭트랜스 권선(T2-a,T2-b)과 소정의 권선비에 의해 결선되어 있는 1차측 스위칭트랜스 권선(T2-c)은 그 일단이 상기 제 1 및 제 2전계효과 트랜지스터(Q1,Q2)의 접속노드에 접속되고, 그 타단이 상기 램프보호회로부(40)를 구성하는 고압펄스 트랜스(T3)의 1차측 권선을 매개하여 상기 램프 구동부(30)의 고압방전램프(LAMP)와 접속되어 있다.
동 도면에서, 상기 램프 구동부(30)는 고압방전램프(LAMP)의 일단이 저항(R5)과 고압펄스 트랜스(T3)의 1차측 권선을 통하여 상기 1차측 스위칭트랜스 권선(T2-c)과 접속되고, 상기 고압방전램프(LAMP)의 타단과 브릿지 다이오드(BD1)의 출력단 사이의 일측에는 커패시터(C6) 및 다이오드(D4)가 상호 병렬 접속되며, 그 타측에는 커패시터(C7) 및 다이오드(D5)가 각각 병렬 접속되어 있는 한편, 상기 고압방전램프(L)의 양단 사이에는 커패시터(C5)와 부전압 서미스터(NTC-2) 및 저항(R7)이 각각 접속된다.
상기 램프 보호회로부(40)는 상기 고압방전램프(LAMP)가 외란 등에 의한 요인으로 파손 또는 단선되거나, 해당 램프가 점등 및 냉각이 반복되는 과정에서 충분한 냉각이 이루어지기까지 소요되는 약 2∼5분 이내의 기간과 같이 고압방전램프(LAMP)가 점등될 수 없는 상태에서, 해당 고압방전램프(LAMP)의 관내압이 상승하여 발생되는 고전압을 검출하여 상기 트리거신호 발생부(20)를 구성하는 관련 회로소자를 보호하기 위한 것이다.
또한, 상기 램프 보호회로부(40)는 상기 램프 구동부(20)의 1차측 스위칭트랜스 권선(T2-c)과 고압방전램프(LAMP)의 사이에 고압펄스 트랜스(T3)의 1차측 권선이 접속되고, 그 고압펄스 트랜스(T3)의 2차측 권선은 일단이 보호저항(R9)과 다이오드(D7)를 매개하여 제 1바이폴라 트랜지스터(Q3)의 베이스단과 접속되고, 상기 보호저항(R9) 및 다이오드(D7)의 직렬 접속상태와는 병렬로 보호저항(R8) 및 다이오드(D6)가 직렬접속된 상태를 매개로 하여 다이액(DA2)과 접속되는 한편, 상기 다이액(DA2)은 바이폴라트랜지스터(Q4)의 베이스단과 접속된다.
여기서, 상기 보호저항(R9)과 보호저항(R8)은 각각 고압펄스 트랜스(T3)로부터 인가되는 고전압에 따른 전류값을 감소시키기 위한 것이고, 상기 다이오드(D7)와 다이오드(D6)는 상기 각 보호저항(R9)(R8)을 통과하는 전류치를 정류하기 위한 것이다.
상기 제 1바이폴라 트랜지스터(Q3)는 그 베이스단과 보호저항(R9) 및 다이오드(D7)의 직렬 접속단과의 사이에 전류를 충전하기 위한 커패시터(C4)와 점등 타이밍의 조절을 위한 가변저항(RT)이 각각 병렬 접속되어 있고, 그 에미터단은 다이오드(D7)의 순방향 접속 상태를 매개하여 상기 트리거신호 발생부(20)의 저항(R1)과 커패시터(C3) 단 사이에 접속되어 있는 NPN 트랜지스터로 이루어진다.
상기 제 2바이폴라 트랜지스터(Q4)는 그 베이스단이 상기 다이액(DA2)과 직결된 상태에서, 그 에미터단이 다이오드(D3)의 순방향 접속상태를 매개하여 상기 트리거신호 발생부(20)의 2차측 스위칭트랜스 권선(T2-b)과 제 2전계효과 트랜지스터(Q2)의 게이트단 사이에 접속되어 있는 NPN 트랜지스터로 이루어진다.
이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 고압방전램프의 안정기에서의 보호회로에 대한 동작을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 교류-직류 변환부(10)에서 교류전압을 직류전압으로 변환하여 공급하고 있는 상태인 경우에, 트리거신호 발생부(20)에서는 커패시터(C3)가 상기 직류변환부(10)로부터의 직류전압을 충전하고 일정기간이 경과되면, 다이액(DA)이 예컨대34V와 같은 설정치로 전압이 상승됨에 따라 도통되어 제 2전계효과 트랜지스터(Q2)를 턴온시키게 된다.
상기 제 2전계효과 트랜지스터(Q2)의 턴온 상태에 따라, 램프 구동부(30)에서는 구동전류가 커패시터(C6)와 커패시터(C5), 고압펄스 트랜스(T3) 및 1차측 스위칭트랜스 권선(T2-c)를 통해서 흐르다가, 상기 커패시터(C6)(C5)의 충전이 완료되면 2차측 스위칭트랜스 권선(T2-a)의 역기전력 발생으로 인해 제 1전계효과 트랜지스터(Q1)가 턴온되면서 구동전류가 1차측 스위칭트랜스 권선(T2-c)과 고압펄스 트랜스(T3) 및 커패시터(C5)(C7)를 통해 흐르게 되는 반면에, 상기 제 2전계효과 트랜지스터(Q2)는 턴오프 된다.
여기서, 상기 커패시터(C5)(C7)의 충전이 완료되면, 2차측 스위칭트랜스 권선(T2-b)에서 역기전력이 발생됨에 따라 상기 제 2전계효과 트랜지스터(Q2)가 턴온되는 대신에, 상기 제 1전계효과 트랜지스터(Q1)는 턴오프되는 바, 상기 제 1전계효과 트랜지스터(Q1)와 제 2전계효과 트랜지스터(Q2)의 상호 교번적이고 반복적인 온/오프 동작에 따라 발진되는 주파수가 고압펄스 트랜스(T3)의 1차측 권선과 커패시터(C5)(C6)를 통과하고, 상기 고압펄스 트랜스(T3)의 1차측 권선과 커패시터(C5)(C7)를 통과하면서 공진주파수가 일치하는 순간에 상기 커패시터(C5)의 양단에 약 3∼5KV의 고전압이 발생하면서 고압방전램프(LAMP)가 점등된다.
한편, 상기 고압방전램프(LAMP)가 외력 등에 의해 파손 또는 단선되거나, 램프의 점등 및 냉각을 반복하는 과정에서 충분한 냉각이 이루어지기까지 소요되는 약 2∼5분의 냉각시간 동안에는 상기 고압펄스 트랜스(T3)로부터의 전기에너지가고압방전램프(LAMP) 측으로 인가되지 못하게 되어 높은 펄스전압이 유기된다.
이 때, 상기 램프 보호회로부(40)에서는 고압펄스 트랜스(T3)의 2차측 권선을 통해 검출된 과전압에 따른 과전류를 저항(R9)과 다이오드(D7)를 통해서 전류값을 감소시킴과 더불어 정류하게 되고, 가변저항(RT)의 저항값에 따른 점등 타이밍의 조절 하에서 구동전류가 커패시터(C4)에 충전된다.
상기 커패시터(C4)의 충전이 완료되면, 제 1바이폴라 트랜지스터(Q3)는 저항(R9)과 다이오드(D7)를 매개하여 상기 고압펄스 트랜스(T3)의 2차측 권선으로부터의 전압을 인가받아 턴온되는 바, 상기 커패시터(C4)의 충전상태와 가변저항(RT)의 점등 타이밍 조절을 위한 저항치에 따라 상기 제 1바이폴라 트랜지스터(Q3)가 턴온/오프 상태를 반복하게 되고, 그 제 1바이폴라 트랜지스터(Q3)의 점등 타이밍 조절을 위한 반복적인 턴온/오프 상태에 따라 상기 트리거신호 발생부(20)의 커패시터(C3)에 대한 충전상태가 조정되면서 다이액(DA1)의 턴온/오프 상태가 조절되어 제 1 및 제 2전계효과 트랜지스터(Q1)(Q2)의 턴온/오프에 대한 스위칭 타이밍이 조절된다.
한편, 상기 고압펄스 트랜스(T3)의 2차측 권선으로부터 유기되는 과전압이 저항(R8) 및 다이오드(D6)를 통해 전류값이 감소되고 정류된 상태에서, 다이액(DA2)의 턴온조건에 해당되는 예컨대 34V의 설정치를 초과하는 경우에, 상기 다이액(DA2)은 상기 고압펄스 트랜스(T3)의 2차측 권선으로부터 그 설정치를 초과하는 과전압을 인가받게 되면서 턴온되고, 그 다이액(DA2)의 턴온에 따라 제 2바이폴라 트랜지스터(Q4)가 턴온된다.
상기 제 2바이폴라 트랜지스터(Q4)의 턴온 상태에 따라, 상기 2차측 스위칭트랜스 권선(T2-b)의 역기전력이 바이패스되면서 상기 제 1 및 제 2전계효과 트랜지스터(Q1)(Q2)의 반복적인 턴/오프 동작이 정지되어 공진주파수의 발진에 의한 구동전류의 공급이 완전히 차단된다.
즉, 상기 램프 보호회로부(40)에서는 상기 고압방전램프(LAMP)가 점등되지 않은 상태에서 충분한 냉각시간이 확보되지 않음에 따라 발생되는 과전압을 검출하게 되면, 상기 제 1 및 제 2전계효과 트랜지스터(Q1)(Q2)의 스위칭동작을 정지시켜서 고전압의 발생을 멈추게 함으로써, 그 제 1 및 제 2전계효과 트랜지스터(Q1)(Q2)를 비롯한 관련 회로소자 및 부품의 과전압으로 인한 파손 및 수명단축을 방지할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 고압방전램프의 파손 또는 단선의 요인이나, 충분한 냉각이 이루어지지 않은 상태에서 그 고압방전램프의 구동회로부에 발생되는 과전압을 검출하게 되면, 램프의 구동회로부를 트리거시켜서 발진하기 위한 스위칭용 트랜지스터를 비롯한 관련 회로소자의 구동을 정지시킴에 따라, 고압방전램프의 안정기 회로를 구성하는 관련 회로소자 및 부품을 과전압으로부터 보호할 수 있는 것이 가능할 뿐만 아니라, 안정기 회로의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능하다는 효과를 갖게 된다.

Claims (3)

  1. 스위칭트랜스의 역기전력 발생에 따라 상호 교번적이고 반복적으로 스위칭되어 공진주파수의 발진동작을 수행하는 복수의 스위칭 트랜지스터를 갖춘 트리거신호 발생부와, 상기 트리거신호 발생부의 발진동작에 따라 일치된 공진주파수로 고압방전램프를 점등 구동시키는 램프 구동부를 구비한 고압방전램프의 안정기 회로에 있어서,
    상기 고압방전램프의 미점등 시에 상기 램프 구동부로부터 발생되는 과전압을 검출하는 고압펄스 트랜스와,
    상기 고압펄스 트랜스로부터 과전압이 검출되면, 상기 복수의 스위칭 트랜지스터에 대한 스위칭 타이밍을 조절하는 제 1램프 보호회로 및,
    상기 고압펄스 트랜스로부터 과전압이 검출되면, 상기 스위칭트랜스로부터 발생되는 역기전력을 바이패스시켜서 상기 트리거신호 발생부의 복수의 스위칭 트랜지스터에 대한 스위칭구동을 정지시키는 제 2램프 보호회로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고압방전램프의 전자식 안정기용 보호회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1램프 보호회로는 상기 고압펄스 트랜스의 일단에 접속되어 스위칭 타이밍을 조절하기 위한 커패시터 및 가변저항과, 상기 커패시터 및 가변저항에 의해 조절되는 스위칭 타이밍에 따라 상기 고압펄스 트랜스로부터의 과전압을 인가받아 스위칭 구동되고서, 상기 트리거신호 발생부의 복수의 스위칭 트랜지스터에 대한 스위칭 타이밍을 조절하는 트랜지스터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고압방전램프의 전자식 안정기용 보호회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2램프 보호회로는 상기 고압펄스 트랜스로부터 인가되는 과전압이 소정 설정치 이상을 초과하면 턴온되는 다이액과, 상기 다이액의 턴온에 따라 스위칭구동되고서, 상기 스위칭 트랜스에서 발생되는 역기전력을 바이패스시켜서 상기 복수의 스위칭 트랜지스터에 대한 스위칭 구동을 정지시키는 트랜지스터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고압방전램프의 전자식 안정기용 보호회로.
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