KR200236025Y1 - 전자식안정기의 예열제어장치 - Google Patents

Abstract

형광램프 필라민트의 양단에 직병렬로 다이오드를 접속시켜 반파를 이용하여 충분한 예열과정을 진행함으로써 형광램프의 수명을 연장시킬 수 있는 전자식안정기의 예열제어장치에 대해 개시한다.

본 고안의 전자식안정기의 예열제어장치는, 입력되는 교류전압을 변환시킨 직류전압을 공급받아 구동신호를 발생시키는 구동부; 이 구동신호에 의해 교번하여 스위칭이 이루어져 구형파 고주파전압을 발생시키는 적어도 2개 이상의 제1 스위칭소자 및 제2 스위칭소자를 포함하는 스위칭부; 이 구형파 고주파전압을 인가받아 공진을 일으켜 공진탱크를 구성하여 정현파를 생성하는 공진부; 및 이 정현파의 반파를 통과시켜 필라민트의 예열을 진행하는 예열제어장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따르면, 스위칭동작에 의해 공급되는 고주파전압에서 반파를 이용하여 형광램프의 예열과정을 진행하므로 소비효율 향상, 전광속 상승 및 발열량을 감소시킬 수 있다. 또한, 고주파전압의 반파만을 이용하므로 필라민트의 수명을 연장시켜 형광램프의 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

전자식안정기의 예열제어장치{Apparatus for preheating electronic ballast}

본 고안은 전자식안정기에 관한 것으로, 특히 형광램프 필라민트의 양단에 직병렬로 다이오드를 접속시켜 반파를 이용하여 충분한 예열과정을 진행함으로써형광램프의 수명을 연장시킬 수 있는 전자식안정기의 예열제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 형광램프 시스템에 사용되는 전자식안정기(밸러스트 제어기)는 다양한 주파수로 발진하는 오실레이터를 사용하여 예열(Preheating), 전광(Full Power) 및 조광(Dimming) 과정을 구현한다. 이 때, 전자식안정기 시스템에서 예열 과정을 진행하는 이유는 형광램프 방전시 흑화현상을 방지하여 수명을 연장하기 위한 것이고, 조광(dimming) 과정을 진행하는 것은 주위조도 및 필요에 따라 형광램프의 밝기를 조절하여 효율적으로 전력을 사용하기 위한 것이다.

그러면, 여기서 종래의 전자식안정기의 대해 살펴보자.

도 1은 종래의 전자식안정기 시스템의 회로도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 전자식안정기 시스템은, 입력된 교류전압을 정류하여 직류전압으로 변환시키는 전원정류부(10)와, 상기한 예열(Preheating), 전광(Full Power) 및 조광(Dimming) 과정의 동작모드에 따라 발진주파수를 조절하여 구동신호를 발생시키는 밸러스트 제어부(12)와, 이 밸러스트 제어부(12)의 구동신호에 따라 직류전압을 스위칭하는 스위칭부(14)와, 스위칭된 고주파전원을 부하(형광램프(F/L))에 인가하는 공진부(16)로 크게 구성되어 있다.

상기 정류부(10)는 상용 교류전원을 입력하여 정류하는 브릿지 다이오드(BD)와, 평활용 콘덴서(C2)를 포함하여 구성되어 있다.

또한, 밸러스트 제어부(12)는 밸러스트 제어IC(13)와 커패시터(C3, C4) 및 저항(R1, R2)을 포함하여 구성되어 있다.

그리고, 스위칭부(14)는 밸러스트 제어부(12)의 구동신호를 전달하기 위해 연결한 1차 권선(T1)과 상기 1차 권선(T1)과 근접시켜 직류전압라인(S) 및 접지라인 사이에 형성시킨 2차 권선(T2, T3)으로 이루어진 제어트랜스(T)와, 이 제어트랜스(T)에 연결되어 구동신호에 따라 상호 교대로 온/오프 스위칭을 수행하는 트랜지스터(Q1, Q2)와, 각각의 트랜지스터(Q1, Q2)에 병렬로 연결되는 다이오드 (D1, D2) 및 커패시터(C5, C6)를 포함하여 구성되어 있다.

한편, 공진부(16)는 제어트랜스(T)에 직렬 연결되는 공진 인덕터(Lr) 및 공진커패시터(Cr)와, 공진 커패시터(Cr)와 직류전원사이에 연결되는 커패시터(C7, C8) 및 다이오드(D3, D4)를 포함하여 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 전자식안정기 시스템의 동작에 대해 간단히 설명한다.

외부로부터 입력된 교류전압은 전파정류기(BD)에 의해서 전파 정류되고, 평활 커패시터(C2)에 의하여 직류전압으로 바뀌어져 직류전압라인(S)에 직류전원을 공급하게 된다.

밸러스트 제어IC(13)의 두 출력단자(a,b)에는 소정의 데드타임 (dead time; 2개의 스위칭소자를 동시에 '오프' 하는 시간)을 가지고, 교대로 구동신호가 발생되어 제어트랜스(T)의 1차 권선(T1)으로 출력된다. 이 구동신호는 동일 코어에 감긴 제어트랜스(T)의 2차 권선(T2, T3)에 각각 유도되어 스위칭소자(Q1, Q2)를 교대로 온/오프시킨다. 즉, 구동신호가 'a'로부터 'b'로 흐르면, 이에 따라 2차 권선(T2)에 순방향의 전압이 유도되어 제1 스위칭소자(Q2)를 도통(온)시키고, 2차권선(T3)에 역방향의 전압이 유도되어 제2 스위칭소자(Q2)를 불통(오프)시킨다. 따라서, 직류전압라인(S)의 부하전류는 도통된 제1 스위칭소자(Q2), 인덕터(Lr)및 커패시터 (Cr), 커패시터(C4)를 따라 흐르며 공진주파수로 공진한다.

이어서, 공진 반주기가 끝나기 전에 구동신호가 데드타임신호 (출력단자 a 및 b가 동시에 로우)를 출력하면, 제1 및 제2 스위칭소자(Q1, Q2)는 동시에 '오프'된다. 이 때, 제2 스위칭소자(Q2)의 다이오드(D2)가 도통되어 전류공진 패스를 만들어 준다.

이어서, 구동신호가 'b'에서 'a'로 전류를 흐르게 하면, 2차 권선(T2)에 역방향의 전압이 인가되어 제1 스위칭소자(Q1)는 계속 '오프'시키고, 2차 권선(T3)에는 순방향의 전압이 인가되어 제2 스위칭소자(Q2)를 '온'시킨다. 이 때, 제2 스위칭소자(Q2)의 양단은 다이오드(D2)가 도통되어 거의 영전압에 가깝게 된다. 따라서 영전압 스위칭을 구현하며, 이러한 영전압 스위칭에 의해 스위칭소자를 보호하고, 불필요한 전력소모를 방지한다. 이러한 동작은 구동신호에 따라 반복적으로 일어난다. 즉, 제1 스위칭소자(Q1)가 도통되는 순간에는 다이오드(D1)가 도통상태에 있고, 제2 스위칭소자(Q2)가 도통되는 순간에는 다이오드(D2)가 도통되어 있어서 스위칭시 스위칭소자(Q1, Q2)에 소모되는 전력이 작게 되고, 제1 및 제2 스위칭소자(Q1, Q2)가 스트레스를 덜 받게 된다.

이와 같이, 상기 제1 및 제2 스위칭소자(Q1, Q2)가 각각의 구동신호에 의해 온/오프가 반복되어 고주파전압을 발생시키게 되는데, 이 고주파전압에 의해 필라민트(미도시)가 예열된다. 이 때, 필라민트로부터 전자방출이 원활할 때까지 예열을 해야한다. 이는 필라민트 전극의 온도가 증가함에 따라 방전개시 전압이 급속히 감소하며 필라민트 전극이 충분한 열전자를 방출하게 되면, 방전개시 전압은 더 이상 감소하지 않기 때문이다.

다시 말해, 상기 스위칭소자로부터 구형파가 발생되게 되고, 이 구형파는 인덕터(Lr) 및 캐패시터(Cr)에 의해 정현파가 필라민트에 공급되는데, 이 정현파에 의해 필라민트가 가열된다. 이 때, 고주파전압인 상기 정현파를 이용함으로써 소비전력이 증가하는 문제점과, 필라민트로부터 발열량이 증가한다는 문제점이 있었다. 이로 인해, 형광램프의 특성상 고전압을 필요로 하여 초기 점등시 형광램프의 필라민트에 무리를 주게 되고, 이에 의해 흑화현상이 유발되므로 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, 형광램프 필라민트의 양단에 직병렬로 다이오드를 접속시켜 반파를 이용하여 충분한 예열과정을 진행함으로써 형광램프의 수명을 연장시킬 수 있는 전자식안정기의 예열제어장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 전자식안정기 시스템의 회로도,

도 2는 본 고안의 일례에 따른 전자식안정기의 회로도,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 정류부 200 : 구동부

300 : 제1 스위칭제어부 400 : 제2 스위칭제어부

500 : 공진부 Lr : 인덕터

Cr : 캐패시터 DA : 다이악

BD : 브릿지 다이오드

상기한 본 고안의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 전자식안정기의 예열제어장치는, 입력되는 교류전압을 변환시킨 직류전압을 공급받아 구동신호를 발생시키는 구동부; 상기 구동신호에 의해 교번하여 스위칭이 이루어져 구형파 고주파전압을 발생시키는 적어도 2개 이상의 제1 스위칭소자 및 제2 스위칭소자를 포함하는 스위칭부; 상기 구형파 고주파전압을 인가받아 공진을 일으켜 공진탱크를 구성하여 정현파를 생성하는 공진부; 및 상기 정현파의 반파를 통과시켜 필라민트의 예열을 진행하는 예열제어장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 예열제어장치는, 상기 정현파의 반파를 통과시키는 다이오드를 필라민트에 직렬 및 병렬에서 선택된 어느 하나의 방법으로 접속하여 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기 다이오드는, 공진용 캐패시터(Cr)와 필라민트의 일단의 접속점에 에노드단이 접속되며 스위칭하는 순간에만 공진하는 스위칭 공진용 캐패시터(C4, C5)와 필리민트의 타단의 접속점에 캐소드가 접속되어서 이루어진 것이 가장 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 일례에 대해 설명한다.

도 3은 본 고안의 일례에 따른 전자식안정기의 회로도이다. 도 3을 참조하면, 참조번호 100은 정류부(100), 200은 구동부(200), 300은 제1 스위칭제어부(300), 400은 제2 스위칭제어부(400) 및 500은 공진부(500)을 포함하여 본 고안의 전자식공진기를 구성하고 있다.

상기 정류부(100)는 외부로부터 입력된 교류전압을 직류전압으로 변환하여 공급하는 영역으로서, 전파정류기인 브릿지 다이오드(BD : Bridge Diode)와, 평활캐패시터(C2)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 구동부(200)는 상기 정류부(100)로부터 직류전압이 인가되면 구동신호를 출력하는 영역으로서, 저항(R1)과, 캐패시터(C3) 및 다이악(DA)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 제1 스위칭제어부(300) 및 제2 스위칭제어부(400) 각각은, 상기 구동부(200)로부터 구동신호가 출력되면 제1 스위칭소자(Q1)와 제2 스위칭소자(Q2)를 교번적으로 스위칭동작시켜 공진부(500)에 고주파전압을 공급하는 영역으로서, 스위칭트랜스의 2차 권선(T1, T2)과, 저항(R2, R3)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 공진부(500)는 상기 제1 스위칭소자(Q1) 및 제2 스위칭소자(Q2)의 스위칭동작에 의해 공급된 고주파전압을 입력받아 형광램프(F/L)을 점등시키는 영역으로서, 공진탱크를 형성시키는 인덕터(Lr), 캐패시터(Cr, C4, C5) 및 다이오드(D4)를 포함하여 구성되어 있다. 여기서, 본 발명의 특징부로서, 상기 필라민트의 일단에 직렬로 연결된 다이오드(D5)를 형성시키고 있다. 구체적으로, 상기 다이오드(D5)는 캐패시터(Cr)와 필라민트의 일단의 접속점에 에노드단이 접속되며 캐패시터(C4, C5)와 필리민트의 타단의 접속점에 캐소드가 접속되어 있다.

여기서, 상기 2차 권선(T1, T2)으로의 유기전압을 발생시키는 1차 권선(미도시)이 상기 인덕터(Lr)에 직렬로 연결되어 있다. 또한, 도면으로 제시하지는 않았으나, 상기한 1차 권선(미도시), 2차 권선(T1, T2) 및 인덕터(Lr)가 자성코어에 권회되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 전자식안정기의 작용 및 효과를 상세히설명한다.

사용자가 스위치(SW)를 '온'시키면 외부로부터 공급되는 교류전압이 돌입방지용 저항(NTC)과, 퓨즈(F), 노이즈제거용 트랜스(LFT) 및, 캐패시터(C1)을 통해 정류부(100)의 브릿지 다이오드(BD)로 입력된다. 상기 브릿지 다이오드(BD)는 교류전압을 전파정류하여 평활용 캐패시터(C2)로 출력하고, 평활용 캐패시터(C2)는 상기 전파정류된 직류전압을 평활시켜 구동부(200)에 공급한다. 이 때, 구동부(200)의 캐패시터(C3)에 상기 저항(R1)을 통해 입력된 직류전압이 충전되고, 이 충전된 전압이 다이악(DA)의 구동용 전압을 넘는 순간 상기 다이악(DA)이 도통되면서 구동신호 즉, '하이레벨'의 전압신호가 제2 스위칭소자(Q2)의 베이스단자로 인가되어 제2 스위칭소자(Q2)가 턴온된다.

상기와 같이 제2 스위칭소자(Q2)가 턴온되면 브릿지 다이오드(BD)를 통해 공급되는 직류전압이 공진부(500)의 캐패시터(Cr, C4, C5)와, 인덕터(Lr), 스위칭트랜스의 1차 권선(미도시) 및 제2 스위칭소자(Q2)를 통해 흐르게 된다. 그리고, 상기 캐패시터(C4, C5)의 충전이 완료되면, 스위칭트랜스의 1차 권선(미도시)의 전류흐름이 차단되면서 스위칭트랜스의 2차 권선(T1)에 역기전압이 발생되고, 이 역기전압에 의해 제1 스위칭소자(Q1)가 턴온된다. 이와 같이, 제1 스위칭소자(Q1)가 턴온되면 브릿지 다이오드(BD)를 통해 공급되는 직류전압이 다이오드(D4)와, 제1 스위칭소자(Q1), 스위칭트랜스의 1차 권선(미도시), 인덕터(Lr) 및 캐패시터(Cr, C4, C5)를 통해 흐르게 된다. 그리고, 상기 캐패시터(C5)의 충전이 완료되면, 스위칭트랜스의 1차 권선(미도시)의 전류흐름이 차단되면서 스위칭트랜스의 2차 권선(T2)에역기전압이 발생되고, 이 역기전압에 의해 제2 스위칭소자(Q2)가 턴온된다. 즉, 캐패시터(C5)의 충전에 의해 스위칭트랜스의 2차 권선(T1, T2)에 교번적으로 역기전압이 발생되면서 제1 스위칭소자(Q1)와 제2 스위칭소자(Q2)가 교번적으로 스위칭동작을 반복하게 되어 고주파전압이 공진부(500)로 공급되는 것이다. 다시 말해서, 상기 캐패시터(C5)는 스위칭하는 순간에만 공진하여 영전압 스위칭의 조건을 만드는 공진용 캐패시터(C5)인 것이다.

한편, 상기와 같이 제1 스위칭소자(Q1)와 제2 스위칭소자(Q2)의 교번적으로 이루어지는 스위칭동작에 의해 공진부(500)로 인가되는 고주파전압의 주파수가 공진부(500)의 인덕터(Lr)와 캐패시터(Cr)로 이루어진 공진회로의 공진주파수와 같아지는 순간에 캐패시터(C5)의 양단에 고전압이 발생되어 형광램프(F/L)가 점등된다.

이 때, 본 고안의 특징부로서, 상기 제1 스위칭소자(Q1)와 제2 스위칭소자(Q2)의 스위칭에 의해 발생되는 구형파는 공진부(500)의 인덕터(Lr)와 캐패시터(Cr)에 의해 정현파를 변화되는데, 이 때 변화된 정현파에서 반파만을 통과시키는 다이오드(D5)를 이용하여 필라민트를 예열시킨다. 이에 따라, 형광램프의 특성상 고전압을 필요로 하여 초기 점등시 필라민트에 무리를 주게 되었던 종래에 비해 본 발명은 상기 정현파중에서 반파에 의해 예열이 진행되므로 충분한 예열시간을 가질 수 있으므로 흑화현상이 유발되는 것을 방지할 수 있다. 물론, 이에 따라 수명이 연장됨은 미루어 짐작할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 전자식안정기의 예열제어장치는, 스위칭동작에 의해 공급되는 고주파전압에서 반파를 이용하여 형광램프의 예열과정을 진행하므로 소비효율 향상, 전광속 상승 및 발열량을 감소시킬 수 있다. 또한, 고주파전압의 반파만을 이용하므로 필라민트의 수명을 연장시켜 형광램프의 수명을 연장시킬 수 있다.

본 고안은 상술한 일례에 한정되지 않으며, 본 고안의 기술적 사상 내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.

Claims (3)

1. 입력되는 교류전압을 변환시킨 직류전압을 공급받아 구동신호를 발생시키는 구동부;

   상기 구동신호에 의해 교번하여 스위칭이 이루어져 구형파 고주파전압을 발생시키는 적어도 2개 이상의 제1 스위칭소자 및 제2 스위칭소자를 포함하는 스위칭부;

   상기 구형파 고주파전압을 인가받아 공진을 일으켜 공진탱크를 구성하여 정현파를 생성하는 공진부; 및

   상기 정현파의 반파를 통과시켜 필라민트의 예열을 진행하는 예열제어장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전자식안정기의 예열제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 예열제어장치는, 상기 정현파의 반파를 통과시키는 다이오드를 필라민트에 직렬 및 병렬에서 선택된 어느 하나의 방법으로 접속하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전자식안정기의 예열제어장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 다이오드는, 공진용 캐패시터(Cr)와 필라민트의 일단의 접속점에 에노드단이 접속되며 스위칭하는 순간에만 공진하는 스위칭 공진용캐패시터(C4, C5)와 필리민트의 타단의 접속점에 캐소드가 접속되어서 이루어진 것을 특징으로 하는 전자식안정기의 예열제어장치.