KR200204755Y1

KR200204755Y1 - High-efficient electronic stabilizer with single stage conversion

Info

Publication number: KR200204755Y1
Application number: KR2020000017749U
Authority: KR
Inventors: 주이흐샨
Original assignee: 앰비트 마이크로시스템즈 코퍼레이션
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2000-12-01

Abstract

본 고안은 고효율 전자 안정기에 관한 것으로, 전자 안정기는 푸시-풀 공진 스테이지, 동기 펄스폭 변조 제어기 및 변환기를 포함하고, 상기 푸시-풀 공진 스테이지는 자기발연 발진하에서 동작하는 교번 전압 증대 루프를 형성하기 위해 램프를 구동하는 2차 권선을 포함하는 고주파 변압기와 트랜지스터를 포함하고, 상기 동기 펄스폭 변조 제어기는 램프로부터의 신호를 샘플링하고, 램프에 대한 전력 입력을 제어하기 위해 피드백하고, 상기 변환기는 전류가 양방향으로 흐르도록 하는 동적 저항을 형성하기 위해 트랜지스터를 포함하고, 상기 동기 펄스폭 변조 제어기의 출력단에 전기접속되는 입력단을 포함하고, 또한 상기 고주파 변압기의 2차 권선에 직렬로 전기접속되고, 램프와 직렬 접속되는 출력단을 포함하며, 상기 전력 입력과 상기 램프 사이의 푸시-풀 공진 스테이지에서 에너지 손실을 갖는 단 하나의 스테이지가 발생하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a high efficiency electronic ballast, wherein the electronic ballast includes a push-pull resonant stage, a synchronous pulse width modulation controller, and a transducer, wherein the push-pull resonant stage forms an alternating voltage boost loop operating under self-oscillation oscillation. And a high frequency transformer and a transistor comprising a secondary winding for driving the lamp, wherein the synchronous pulse width modulation controller samples the signal from the lamp, feeds back to control the power input to the lamp, and the converter is current A transistor comprising a transistor to form a dynamic resistance that causes the flow in both directions, an input terminal electrically connected to the output terminal of the synchronous pulse width modulation controller, and also electrically connected in series to the secondary winding of the high frequency transformer, An output stage connected in series with the power input; It is characterized in that only one stage with energy loss occurs in its push-pull resonant stage.

Description

High-efficiency electronic ballast with single stage conversion {HIGH-EFFICIENT ELECTRONIC STABILIZER WITH SINGLE STAGE CONVERSION}

본 고안은 통상의 전자 안정기의 저효율 문제를 해결하기 위한 단일 스테이지 변환을 갖는 고효율 전자 안정기에 관한 것이다.The present invention relates to a high efficiency electronic ballast having a single stage conversion to solve the low efficiency problem of a conventional electronic ballast.

도면의 도 3 및 도 4는 태양램프에 대한 통상의 전자 안정기를 나타낸다. 푸시-풀 공진 스테이지(50)를 형성하기 위해 높은 권수비를 갖는 고주파 변압기와 2개의 트랜지스터가 결합된다. 자기발연에 의해 정현파가 발생되고, 고주파 변압기에 의해 태양램프를 활성화시키는 고전압/저전류 교번 전압으로 변형된다. 그렇지만, 태양램프를 통과하는 전류(즉, 태양램프의 휘도)는 제어될 수 없다. 푸시-풀 공진 스테이지(50)의 앞에 전력 변환기(80)가 직렬로 전기접속되어, 태양램프(60)를 통과하는 전류를 조정하기 위해 동기 펄스폭 변조 제어기(70)에 의한 제어에 의해 전력 변환기(80)의 트랜지스터의 듀티 사이클을 변경하고, 이에 따라 태양램프(60)의 휘도를 제어한다.3 and 4 of the drawings show a typical electronic ballast for a solar lamp. A high turn ratio high frequency transformer and two transistors are combined to form a push-pull resonant stage 50. A sinusoidal wave is generated by self-smoke and transformed into a high voltage / low current alternating voltage that activates a solar lamp by a high frequency transformer. However, the current through the solar lamp (i.e. the brightness of the solar lamp) cannot be controlled. The power converter 80 is electrically connected in series in front of the push-pull resonant stage 50, and under control by the synchronous pulse width modulation controller 70 to regulate the current passing through the solar lamp 60. The duty cycle of the transistor of 80 is changed, thereby controlling the brightness of the solar lamp 60.

하지만, 전력이 태양램프(60)에 도달하기 전에 전력 변환기(80)와 푸시-풀 공진 스테이지(50)를 통과하기 때문에 상기한 안정기의 효율은 좋지 못하다는 것이 발견되었다. 즉, 에너지 손실을 갖는 2개의 스테이지가 존재하고, 이에 따라 각 스테이지의 에너지 손실이 약 85%이면, 전체 효율은 불과 72%가 된다. 부가적으로, 전력 변환기(80)는 직렬로 메인 루프에 연결되기 때문에 전력 변환기(80)의 트랜지스터들은 고전력/고전류 소자를 채택해야 하며, 이는 고비용을 초래하고, 상당한 양의 열을 발생한다. 따라서, 열방산 문제가 발생한다.However, it has been found that the efficiency of the above described ballast is poor because power passes through the power converter 80 and the push-pull resonant stage 50 before reaching the solar lamp 60. That is, if there are two stages with energy losses, and thus the energy loss of each stage is about 85%, the overall efficiency is only 72%. In addition, since the power converter 80 is connected to the main loop in series, the transistors of the power converter 80 must employ high power / high current devices, which results in high cost and generates a significant amount of heat. Therefore, heat dissipation problem occurs.

본 고안의 기본 목적은 통상의 전자 안정기의 저효율 문제를 해결하기 위해 단일 스테이지 변환을 갖는 고효율 전자 안정기를 제공하기 위한 것이다. 이 목적은 변환기의 위치를 변경함으로써 달성되고, 이에 따라 전체 효율은 단일 스테이지 변환과 동일하게 약 84%로 증대된다.The basic object of the present invention is to provide a high efficiency electronic ballast having a single stage conversion to solve the low efficiency problem of the conventional electronic ballast. This object is achieved by changing the position of the transducer, so that the overall efficiency is increased to about 84%, equivalent to a single stage transformation.

본 고안의 다른 목적은 단일 스테이지 변환을 갖는 고효율 전자 안정기를 제공하는 것이고, 여기서 변환기의 위치는 고주파 변압기의 2차 권선측(출력측)으로 변경되고, 이에 의해 전력 입력단과 태양램프 사이에 단일 스테이지 변환을 제공하여 단일 변환 손실을 갖는다. 따라서, 저가의 소자를 사용하면서 전체 효율이 개선된다. 부가적으로, 과열 문제가 방지된다.Another object of the present invention is to provide a high efficiency electronic ballast with a single stage conversion, where the position of the converter is changed to the secondary winding side (output side) of the high frequency transformer, whereby a single stage conversion between the power input stage and the solar lamp Provide a single conversion loss. Therefore, the overall efficiency is improved while using a low cost device. In addition, overheating problems are avoided.

본 고안의 다른 목적은 단일 스테이지 변환을 갖는 고효율 전자 안정기를 제공하는 것이고, 여기서 전력 변환기의 위치의 변경에 부가하여 그 내부 구조가 크게 변경된다. 2개의 트랜지스터는 푸시-풀 공진 스테이지와 동기하는 스위칭 주파수를 갖는 양방향 임피던스 변환기를 형성하기 위해 반전된 위상으로 연결된다. 부가적으로, 양방향 임피던스 변환기는 제로에 근접한 위상각에서 전환하고(소위 '제로 스위칭'), 그 결과 태양램프를 통과하는 전류는 정현파에 가까워지고, 이에 의해 조명효율이 개선된다. 게다가, 보상 커패시터의 정밀한 설계를 통하여, 출력 전압과 램프 전류는 용이하게 정현파에 근사하도록 적당히 보상될 수 있다.Another object of the present invention is to provide a high efficiency electronic ballast having a single stage conversion, in which the internal structure thereof is greatly changed in addition to the change of position of the power converter. The two transistors are connected in an inverted phase to form a bidirectional impedance converter having a switching frequency in synchronization with the push-pull resonant stage. In addition, the bidirectional impedance converter switches at a phase angle close to zero (so-called 'zero switching'), so that the current through the solar lamp is closer to the sine wave, thereby improving the lighting efficiency. In addition, through the precise design of the compensation capacitor, the output voltage and lamp current can be properly compensated to easily approximate the sine wave.

본 고안의 다른 목적, 이점 및 새로운 특징들은 첨부한 도면과 관련될 때 다음 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.Other objects, advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings.

도 1은 본 고안에 따른 고효율 전자 안정기를 나타내는 개략적인 블럭도,1 is a schematic block diagram showing a high efficiency electronic ballast according to the present invention,

도 2는 본 고안에 따른 고효율 전자 안정기의 회로도,2 is a circuit diagram of a high efficiency electronic ballast according to the present invention,

도 3은 종래의 전자 안정기를 나타내는 개략적인 블럭도 및3 is a schematic block diagram showing a conventional electronic ballast and

도 4는 종래의 전자 안정기의 회로도이다.4 is a circuit diagram of a conventional electronic ballast.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 양방향 임피던스 변환기 11 : 위상 반전기10: Bidirectional Impedance Converter 11: Phase Inverter

12, 13 : 트랜지스터 14, 15 : 다이오드12, 13 transistor 14, 15 diode

17 : 보상 커패시터 16 : 전압원17: compensation capacitor 16: voltage source

50 : 푸시-풀 공진 스테이지 51 : 고주파 변압기50: push-pull resonant stage 51: high frequency transformer

60 : 태양램프 70 : 동기 펄스폭 변조 제어기60 solar lamp 70 synchronous pulse width modulation controller

80 : 전력 변환기80: power converter

도 1을 참조하고, 이것과 도 3을 비교하면, 도 3에 도시된 통상의 설계에서 전력 변환기(80)는 도 1에 도시된 본 고안에 따른 고효율 전자 안정기에 사용되지 않는다. 대신에, 본 고안에 따른 전자 안정기는 태양램프(60)가 위치하는 변압기의 2차 권선측에 설치된 양방향 임피던스 변환기(10)를 포함한다. 임피던스 변환기(10)의 출력은 태양램프(60)의 대응하는 부분에 공급된다. 양방향 임피던스 변환기(10)는 메인 루프에 연결되고, 전력 입력은 푸시-풀 공진 스페이지(50)에만 연결된다. 따라서, 전력 입력과 태양램프(60) 사이의 푸시-풀 공진 스페이지(50)에는 에너지 손실을 갖는 단 하나의 스테이지가 존재한다. 그 결과, 양방향 임피던스 변환기(10)가 작은 전류가 통과하는 태양램프(60)에 대한 루프에 위치하기 때문에, 양방향 임피던스 변환기(10)를 통과하는 전류는 크게 감소된다. 도 1의 구조를 도 3의 것과 비교하면, 본 고안에 따른 안정기 구조를 제공하는 것에 의해 비용 및 스위칭 손실이 모두 감소된다. 양방향 임피던스 변환기(10)의 효율은 99% 정도로 높으며, 푸시-풀 공진 스테이지(50)에 대한 효율이 약 85%이면, 전체 효율은 약 84%이고, 이것은 종래의 설계보다 훨씬 높은 것이다.Referring to FIG. 1 and comparing this to FIG. 3, in the conventional design shown in FIG. 3, the power converter 80 is not used in the high efficiency electronic ballast according to the present invention shown in FIG. 1. Instead, the electronic ballast according to the present invention includes a bidirectional impedance converter 10 installed on the secondary winding side of the transformer where the solar lamp 60 is located. The output of the impedance converter 10 is supplied to the corresponding portion of the solar lamp 60. The bidirectional impedance converter 10 is connected to the main loop and the power input is connected only to the push-pull resonant step 50. Thus, there is only one stage with energy loss in the push-pull resonant step 50 between the power input and the solar lamp 60. As a result, since the bidirectional impedance converter 10 is located in a loop for the solar lamp 60 through which a small current passes, the current passing through the bidirectional impedance converter 10 is greatly reduced. Comparing the structure of FIG. 1 with that of FIG. 3, both cost and switching losses are reduced by providing a ballast structure according to the present invention. The efficiency of the bidirectional impedance converter 10 is as high as 99%, and if the efficiency for the push-pull resonant stage 50 is about 85%, the overall efficiency is about 84%, which is much higher than conventional designs.

부가적으로, 양방향 임피던스 변환기의 물리적 구조는 종래 설계의 것과 매우 상이하다. 전력 변환기(80)의 단순한 제거가 아니다. 예를 들어, 통상의 전력 변환기(80)는 단방향으로 동작하지만, 본 고안의 양방향 임피던스 변환기(10)는 양방향으로 동작한다.In addition, the physical structure of the bidirectional impedance converter is very different from that of conventional designs. It is not a simple removal of the power converter 80. For example, the conventional power converter 80 operates in one direction, while the bidirectional impedance converter 10 of the present invention operates in both directions.

다시 도 1에 도 2를 부가하여 참조하면, 도면의 상위 좌측 구석에 위치하는 푸시-풀 공진 스테이지(50)와 도면의 하위 우측 구석에 위치하는 동기 펄스폭 제어기(70)는 통상의 것이다. 이제 본 고안의 주요 특징에 대하여 기술할 것이다.Referring back to FIG. 1 with reference to FIG. 1, the push-pull resonant stage 50 located in the upper left corner of the figure and the synchronous pulse width controller 70 located in the lower right corner of the figure are conventional. The main features of the present invention will now be described.

양방향 임피던스 변환기(10)에 있어서, 2개의 트랜지스터(12, 13)과 2개의 다이오드(14, 15)는 도 2에 도시된 방식으로 전기접속된다. 각 트랜지스터(12, 13)의 각 베이스는 위상 반전기(11)에 교차연결되어 입력단에서 결합된다. 각 트랜지스터(12, 13)의 에미터는 전압원(16)에 연결된다. 따라서, 트랜지스터(12, 13)를 동시에 도통/차단하고, 양방향 동작이 가능한 변환기가 제공된다. 보상 커패시터(17)는 펄스 전압을 감소하고, 현재의 파형에서 왜곡을 완화하며, 현재의 파형을 정현파에 근사시키기 위해 2개의 트랜지스터(12, 13) 사이에 교차연결된다. 양방향 임피던스 변환기(10)의 입력단이 동기 펄스폭 변조 제어기(70)에 연결된 후, 전자는 입력 펄스 파형에 응답하여 스위칭 동작으로 진행한다. 부가적으로, 양방향 임피던스 변환기(10)는 펄스폭의 변화에 응답하여 전류의 변화를 초래할 수 있다. 양방향 임피던스 변환기(10)의 상단(출력단)은 푸시-풀 공진 스테이지(50)의 고주파 변압기(51)의 2차 권선에 직렬로 연결되고, 그 결과 양방향 임피던스 변환기(10)와 또한 2차 권선에 연결되는 태양램프(60)는 동일 루프에서 직렬로 연결된다. 따라서, 태양램프(60)를 통과하는 전류를 변경하는 동일한 효과가 양방향 임피던스 변환기(10)과 태양램프(60) 사이의 직렬 접속을 통해서 달성된다.In the bidirectional impedance converter 10, two transistors 12, 13 and two diodes 14, 15 are electrically connected in the manner shown in FIG. 2. Each base of each transistor 12, 13 is cross-connected to a phase inverter 11 and coupled at the input. The emitter of each transistor 12, 13 is connected to a voltage source 16. Accordingly, a converter is provided which can conduct / block the transistors 12 and 13 simultaneously and enable bidirectional operation. The compensation capacitor 17 is cross-connected between the two transistors 12, 13 to reduce the pulse voltage, mitigate distortion in the current waveform, and approximate the current waveform to the sine wave. After the input terminal of the bidirectional impedance converter 10 is connected to the synchronous pulse width modulation controller 70, the former proceeds to the switching operation in response to the input pulse waveform. In addition, the bidirectional impedance converter 10 may result in a change in current in response to a change in pulse width. The upper end (output end) of the bidirectional impedance converter 10 is connected in series with the secondary winding of the high frequency transformer 51 of the push-pull resonant stage 50, and consequently to the bidirectional impedance converter 10 and also with the secondary winding. The solar lamps 60 to be connected are connected in series in the same loop. Thus, the same effect of changing the current through the solar lamp 60 is achieved through a series connection between the bidirectional impedance converter 10 and the solar lamp 60.

도 2에 도시된 바와 같이, 태양램프(60)의 전력 공급은 푸시-풀 공진 스테이지(50)의 자기발연 발진 하에서 고주파 변압기(51)에 의한 변환후의 고전압/저전류 전력이다. 태양램프(60)의 전류는 양방향 임피던스 변환기(10)를 통해서 공급되지 않는다. 이 설계에서, 양방향 임피던스 변환기(10)는 수동적인 가변저항 전류 제한기이다. 따라서, 전력 입력과 태양램프(60) 사이에 에너지 손실을 갖는(푸시-풀 공진 스테이지(50)에서) 단 하나의 스테이지가 존재한다. 부가적으로, 양방향 임피던스 변환기(10)는 작은 전류를 갖는 태양램프 루프에 연결되고, 스위칭 손실은 크게 감소될 수 있다. 게다가, 소전류 트랜지스터는 값이 싸고, 그의 열에너지 손실은 낮다. 양방향 임피던스 변환기(10)의 효율은 99% 정도로 높으며, 푸시-풀 공진 스테이지(50)에 대한 효율이 약 85%이면, 전체 효율은 약 84%이고, 이것은 종래의 설계의 것보다 훨씬 높다.As shown in FIG. 2, the power supply of the solar lamp 60 is high voltage / low current power after conversion by the high frequency transformer 51 under the self-oscillation oscillation of the push-pull resonant stage 50. Current of the solar lamp 60 is not supplied through the bidirectional impedance converter 10. In this design, the bidirectional impedance converter 10 is a passive potentiometer current limiter. Thus, there is only one stage with energy loss (in push-pull resonant stage 50) between the power input and the solar lamp 60. In addition, the bidirectional impedance converter 10 is connected to a solar lamp loop having a small current, and the switching loss can be greatly reduced. In addition, small current transistors are inexpensive and their thermal energy losses are low. The efficiency of the bidirectional impedance converter 10 is as high as 99%, and if the efficiency for the push-pull resonant stage 50 is about 85%, the overall efficiency is about 84%, which is much higher than that of conventional designs.

본 고안은 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 아래 청구된 바와 같이 본 고안의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 다른 많은 변형 및 수정이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.While the invention has been described in connection with the preferred embodiment, it will be appreciated that many other variations and modifications are possible without departing from the spirit and scope of the invention as claimed below.

본 고안에 의하면, 변환기의 위치를 변경함으로써 전체 효율이 단일 스테이지 변환과 동일하게 약 84%로 증대되고, 저가의 소자를 사용하면서 전체 효율이 개선되며, 과열 문제가 방지된다.According to the present invention, by changing the position of the converter, the overall efficiency is increased to about 84% as in the single stage conversion, the overall efficiency is improved while using low cost devices, and overheating problem is prevented.

Claims

A push-pull resonant stage comprising a plurality of transistors and a high frequency transformer comprising a secondary winding for driving a lamp to form an alternating voltage boost loop operating under self-oscillating oscillation;

A synchronous pulse width modulation controller that samples the signal from the ramp and feeds back to control the power input to the ramp; And

An input electrically connected to an output end of the synchronous pulse width modulation controller, and further comprising an output end electrically connected in series to a secondary winding of the high frequency transformer and in series connection with a lamp, the current permitting current to flow in both directions. A converter comprising a plurality of transistors to form a dynamic resistance,

And wherein there is only one stage of energy loss in the push-pull resonant stage.

The method of claim 1,

And the converter and the lamp are connected to different terminals of the high frequency transformer.

The method of claim 1,

And the converter and the lamp are connected to a loop for the lamp.

The method of claim 3, wherein

The converter comprises two transistors electrically connected in parallel, and the phase inverter is cross-connected between the base of one of the transistors and the base of the other transistor.

The method of claim 4, wherein

And a compensation capacitor electrically cross-connected between said two transistors.

The method of claim 1,

And each transistor of said converter is electrically connected in series with a diode.

The method of claim 4, wherein