KR200226537Y1 - Electronic ballast for high-voltage discharge lamp without flickers - Google Patents
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Abstract
고압방전램프에서의 음향 공명 현상을 제거하기 위한 회로가 제공된다. 본 고안의 전자식 안정기는, 교류전원에 연결되어 적당한 교류전압으로 변환시키는 전원연결부와, 상기 전원연결부로부터의 교류전압을 정류하고 역률을 개선하는 역률개선 및 정전압부와, 상기 역률개선 및 정전압부로부터의 직류전압을 스위칭하여 펄스로 변환시켜서 방전등에 인가하는 인버터부와, 상기 인버터부를 소정의 주파수로 온오프시키는 인버터제어부와, 램프 점등 동작의 초기에 고압을 가하여 방전등을 점등시키는 시동부를 구비한 전자식 안정기에 있어서, 상기 인버터 제어부에 연결되어 상기 인버터 제어부의 상기 소정의 주파수를 일정 주기마다 변환시키는 음향공명제거회로를 더 구비한다.A circuit is provided for eliminating acoustic resonance in high voltage discharge lamps. The electronic ballast according to the present invention includes a power connection part connected to an AC power source and converting into an appropriate AC voltage, a power factor improvement and constant voltage part for rectifying the AC voltage from the power connection part and improving a power factor, and the power factor improvement and constant voltage part from An inverter unit for switching a DC voltage of the inverter to be converted into a pulse to be applied to a discharge lamp, an inverter control unit for turning the inverter unit on and off at a predetermined frequency, and a starting unit for applying a high pressure to turn on the discharge lamp at the beginning of the lamp lighting operation. The ballast further includes an acoustic resonance removing circuit connected to the inverter control unit for converting the predetermined frequency of the inverter control unit at predetermined intervals.
Description
본 고안은 고압 방전등용 전자식 안정기에 관한 것으로서, 특히 전자식 안정기의 음향 공명 현상을 제거하기 위한 회로를 채택한 전자식 안정기에 관한 것이다.The present invention relates to an electronic ballast for a high-pressure discharge lamp, and more particularly to an electronic ballast employing a circuit for removing the acoustic resonance phenomenon of the electronic ballast.
고압 방전등용 전자식 안정기에 대해서는 특허공개 제97-73235호(공개일: 1997. 11. 7), 특허공개 제1998-064917호(공개일: 1998. 10. 7), 특허공개 제1998-064918호(공개일: 1998. 10. 7), 특허공개 제1999-002007(공개일: 1999. 1. 15), 특허공개 제1999-003730호(공개일: 1999. 1. 15) 등에 개시되어 있다.For electronic ballasts for high-pressure discharge lamps, Korean Patent Publication No. 97-73235 (published: November 7, 1997), Patent Publication No. 1998-064917 (published: October 7, 1998), and Patent Publication No. 1998-064918 (Publication date: October 7, 1998), Patent Publication No. 1999-002007 (Publication date: January 15, 1999), Patent Publication No. 1999-003730 (Publication date: January 15, 1999) and the like.
그런데, 고주파에서 동작하는 고압방전램프에서는 음향 공명 현상이 발생한다. 음향공명 현상은 아크 튜브안의 압력의 변화와 튜브의 고유진동수가 일치 또는 근접하게 될 때 발생한다. 즉, 압력의 변화에 따른 아크튜브에 인가된 전압의 변화에 의하여 아크 튜브안의 온도가 변화하고 이 온도의 변화에 의해서 압력의 변화가 발생하게 되어 음향 공명 현상이 발생하게 된다. 이러한 음향 공명 현상은 아크의 불안정 및 빛 출력의 떨림, 색온도와 색의 변화 등을 야기시키며 전압을 증가시키고 최악의 경우 아크의 소등 또는 아크 튜브의 파괴를 가져올 수 있다.By the way, the acoustic resonance phenomenon occurs in the high-pressure discharge lamp operating at a high frequency. Acoustic resonance occurs when the change in pressure in an arc tube coincides with or closes to the natural frequency of the tube. That is, the temperature in the arc tube changes due to the change in the voltage applied to the arc tube according to the change in pressure, and the change in pressure occurs due to the change in temperature, thereby causing the acoustic resonance phenomenon. This acoustic resonance phenomenon causes arc instability, vibration of light output, color temperature and color change, and can increase voltage and, in the worst case, can lead to arc extinction or destruction of arc tube.
본 고안은 고압 방전등을 고주파에서 동작할 때 공명 현상이 발생하여 아크의 불안정 빛 출력 떨림 색온도와 색의 변화 등을 야기시키며 전압을 증가시키고 아크의 소등 및 아크튜브가 파괴되는 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problem of resonant phenomena when high pressure discharge lamp is operated at high frequency, causing unstable light output of arc, shaking color temperature and color change, increasing voltage, extinguishing arc and destroying arc tube. It is done.
도 1은 기존의 전자식 안정기의 블록도,1 is a block diagram of a conventional electronic ballast,
도 2는 본 고안에 따른 전자식 안정기의 블록도,2 is a block diagram of an electronic ballast according to the present invention,
도 3은 도 2의 인버터부, 인버터 제어부 및 음향 공명 제거 회로의 상세 블록도,3 is a detailed block diagram of an inverter unit, an inverter controller, and an acoustic resonance removing circuit of FIG. 2;
도 4는 도 3의 음향공명제거회로의 일실시예의 회로도이다.4 is a circuit diagram of an embodiment of the acoustic resonance removing circuit of FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 전원 공급부(정류회로 및 노이즈 필터) 2 : 역률개선 및 정전압부1: Power supply unit (rectifier circuit and noise filter) 2: Power factor improvement and constant voltage unit
3 : 인버터부 4 : 방전등3: inverter section 4: discharge lamp
5 : 인버터제어부 6 : 시동부5: Inverter control unit 6: Starting unit
7 : 음향공명제거회로 8 : 타이머 회로7: Acoustic resonance elimination circuit 8: Timer circuit
R : 저항 C : 콘덴서R: Resistor C: Capacitor
Q : MOSFET SW: 스위치Q: MOSFET SW: Switch
본 고안은 음향 공명 현상을 해소하기 위하여, 음향 공명이 일어나기 전에 입력 주파수를 변화시켜서 아크튜브안의 압력의 떨림 주파수를 변화시킴으로써 음향공명 현상이 일어나지 않도록 하고있다.In order to solve the acoustic resonance phenomenon, the acoustic resonance phenomenon is prevented from occurring by changing the frequency of vibration of the pressure in the arc tube by changing the input frequency before the acoustic resonance occurs.
이하, 본 고안을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings of the present invention will be described in detail.
종래의 전자식 안정기의 블록도가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에서, 전원연결부(1)로부터의 교류전압은 역률개선 및 정전압부(2)에서 정류되어 직류로 변환되고, 이 직류전압은 인버터 제어부(5)의 제어에 의해 온오프 스위칭되는 인버터부(3)에 의해 펄스로 변환되어 방전등(4)을 구동시키게 된다. 시동부(6)는 램프 점등 동작의 초기에 매우 높은 전압을 가하기 위한 것이다.A block diagram of a conventional electronic ballast is shown in FIG. In Fig. 1, the AC voltage from the power supply connection unit 1 is rectified in the power factor improvement and the constant voltage unit 2 and converted into DC, and this DC voltage is turned on or off by the control of the inverter control unit 5 (inverter unit ( 3) is converted into a pulse to drive the discharge lamp (4). The starting section 6 is for applying a very high voltage at the beginning of the lamp lighting operation.
그런데, 이러한 종래의 전자식 안정기에서 램프가 점등되고 아크가 비안정하게 되는 시간, 즉 공명 현상이 일어나는데 걸리는 시간은 10-2초에서 1초이며 이것은 입력 주파수보다 매우 작다.By the way, in this conventional electronic ballast, the time that the lamp is turned on and the arc becomes unstable, that is, the time taken for the resonance phenomenon to occur is 10 -2 seconds to 1 second, which is much smaller than the input frequency.
따라서 본 고안의 음향 공명 현상을 제거하는 방식은, 공명이 일어나기 전에 입력 주파수를 변화시켜 튜브 안의 압력의 떨림 주파수를 변화시킴으로써 공명이 일어나지 않도록 하는 원리를 이용하고 있다.Therefore, the method of removing the acoustic resonance phenomenon of the present invention uses the principle that the resonance does not occur by changing the frequency of vibration of the pressure in the tube by changing the input frequency before the resonance occurs.
즉, 도 2에 도시된 것처럼 종래의 전자식 안정기의 인버터 제어부(5)에 음향공명제거회로(7)를 추가하여, 인버터 제어부의 주파수를 상기 공명 현상이 일어나기 전에 변화시킴으로써 공명현상을 없애는 것이다.That is, as shown in FIG. 2, the acoustic resonance removing circuit 7 is added to the inverter control unit 5 of the conventional electronic ballast, and the frequency of the inverter control unit is changed before the resonance phenomenon occurs to eliminate the resonance phenomenon.
이를 도 3을 참조하여 좀더 상세히 설명한다.This will be described in more detail with reference to FIG. 3.
도 3에서 도시되어 있는 바와 같이 인터버 제어부의 주파수는 콘덴서 C9, C10, C11의 용량값에 의해 정해진다. 콘덴서 C9, C10은 기본 주파수를 만들기 위하여 삽입한 것이고, C11은 C10과 병렬로 연결되어 주파수의 변화폭을 결정하는 콘덴서이다.As shown in FIG. 3, the frequency of the interlock control unit is determined by the capacitance values of the capacitors C9, C10, and C11. Capacitors C9 and C10 are inserted to make a fundamental frequency, and C11 is a capacitor connected in parallel with C10 to determine the change in frequency.
이때, 타이머 회로(8)에서 일정한 주파수, 예를 들면 500Hz의 구형파를 출력하면, 스위치(SW)는 같은 주파수로 온오프된다. 스위치(SW)가 온되면, 컨덴서 C11은 접지에 연결되므로, 인버터 제어부(5)의 주파수는 C10과 C11의 병렬회로와 C9과의 직렬회로에 의해 결정된다. 반대로, 스위치(SW)가 오프되면, 컨덴서 C11은 개방되므로, 인버터 제어부(5)의 주파수는 C10과 C9과의 직렬회로에 의해 결정된다. 따라서, 스위치(SW)가 온되었을 때의 인버터 제어부(5)의 주파수와 스위치(SW)가 오프되었을 때의 인버터 제어부(5)의 주파수는 서로 다르게 된다.At this time, when the timer circuit 8 outputs a square wave of a constant frequency, for example 500 Hz, the switch SW is turned on and off at the same frequency. When the switch SW is turned on, the capacitor C11 is connected to ground, so that the frequency of the inverter controller 5 is determined by the parallel circuit of C10 and C11 and the series circuit of C9. On the contrary, when the switch SW is turned off, the capacitor C11 is opened, so that the frequency of the inverter control section 5 is determined by the series circuit of C10 and C9. Accordingly, the frequency of the inverter controller 5 when the switch SW is turned on and the frequency of the inverter controller 5 when the switch SW is turned off are different.
이와 같이 타이머 회로(8)의 출력 파형의 주기와 같은 주기로 인버터 제어부(5)의 주파수가 변화하게 되고, 이에 따라 튜브 안의 압력의 떨림 주파수가 변화하게 된다. 따라서, 인버터 제어부(5)의 주파수가 변화하는 주기를 전술한 공명현상이 일어나기까지 걸리는 시간보다 짧게 하면 공명 현상이 제거되는 것이다.Thus, the frequency of the inverter control part 5 changes by the same period of the output waveform of the timer circuit 8, and, as a result, the vibration frequency of the pressure in the tube changes. Therefore, if the period in which the frequency of the inverter control section 5 changes is shorter than the time taken for the above-mentioned resonance phenomenon to occur, the resonance phenomenon is eliminated.
그런데, 공명 현상을 제거할 수 있는 주파수(즉, 인버터 제어부의 주파수가 변화는 주기의 역수=타이머 회로의 출력 주파수)는 램프 튜브의 구조, 회로소자의 값, 인버터 주파수 등에 따라 다르므로 각각의 안정기 설계시마다 별도로 정해야 하지만, 대체적으로는 100Hz 내지 10kHz의 범위에 들어가는 것으로 보인다.However, the frequency at which the resonance phenomenon can be removed (that is, the frequency of the inverter control unit is the inverse of the cycle = the output frequency of the timer circuit) varies depending on the structure of the lamp tube, the value of the circuit elements, and the inverter frequency. Each design requires a separate set, but generally appears to fall within the range of 100 Hz to 10 kHz.
다음으로 도 4를 참조하여 본 고안의 일실시예에 대해서 설명한다.Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4.
도 4에서는 도 3의 스위치(SW)로서 FET(Q4)를 채용하였으며, 타이머 회로(8)로서 555 타이머(U3)를 사용한 타이머 회로를 채용하고 있다.In FIG. 4, the FET Q4 is employed as the switch SW of FIG. 3, and a timer circuit using the 555 timer U3 is employed as the timer circuit 8.
본 실시예의 타이머 회로는 도 4에서와 같이 전파 정류된 전압(Vdc)을 R4, R5로 분압하고 C14로 정류하여 U3의 전원 전압 및 RESET 전압으로 사용한다. 이 전압은 도 4에서와 같이 R2를 거쳐 C13에 일정한 시정수를 가지며 충전되고, 이 충전되는 시간동안 출력은 HIGH가 된다. C13에 충전되는 전압이 U3의 6번 핀의 문턱치(threshold) 전압이 되면 R3을 통해 7번 핀으로 방전이 된다. 이때 타이머 출력은 LOW가 된다. 이렇게 R2, C13, R3에 의해 타이머 출력 주파수를 결정되고, 이 주파수로 Q4가 온오프되는 것이다.The timer circuit of this embodiment divides the full-wave rectified voltage Vdc into R4 and R5 as shown in FIG. 4 and rectifies it to C14 to use the power supply voltage and the reset voltage of U3. This voltage is charged with a constant time constant to C13 via R2 as shown in FIG. 4, and the output becomes HIGH during this charging time. When the voltage charged in C13 becomes the threshold voltage of pin 6 of U3, it is discharged to pin 7 through R3. At this time, timer output goes LOW. Thus, the timer output frequency is determined by R2, C13, and R3, and Q4 is turned on and off at this frequency.
본 실시예에서는 타이머 회로(8)에 555 타이머를 채용하고, 스위치(SW)로서 FET를 사용하였지만, 이는 예시적인 것으로서 본 고안은 이에 한정되는 것은 아니다.In the present embodiment, a 555 timer is employed in the timer circuit 8, and a FET is used as the switch SW. However, this is merely an example, and the present invention is not limited thereto.
공명 현상이 일어나기 전에 주파수를 가변하여 튜브 안의 압력의 떨림 주파수를 변화함으로써 공명 현상이 일어나지 않게 하므로, 아크의 불안정 및 빛 출력의 떨림, 색온도와 색의 변화, 아크의 소등 또는 아크 튜브의 파괴를 방지할 수 있다.By varying the frequency before the resonance occurs, the vibration frequency of the pressure in the tube is changed so that resonance does not occur, thereby preventing arc instability and light output, color temperature and color change, turning off the arc, or breaking the arc tube. can do.
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