KR200274307Y1 - 직류전원용 고압 방전등용 전자식 안정기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 직류 전원에 의한 고압방전등용 전자식 안정기에 관한 것으로 직류전원을 입력받아 안정기 내부에서 발생되는 노이즈를 억제하기 위한 노이즈 필터와, 직류 전원을 고 주파수로 스위칭하고 출력 제어를 위한 PWM 제어부와, 램프와트를 검출하여 PWM제어부의 데드타임을 제어하여 정출력을 만들기 위한 Power 검출 정출력 제어부와, 램프를 시동하고 점등유지를 위한 정류 및 H Bridge, Ignitor 회로부와, H Bridge를 게이팅 하기 위한 저 주파수의 Gate drive 및 보호회로부로 구성되어 고압방전등을 점등 유지시킨다.

Description

직류전원용 고압 방전등용 전자식 안정기{Electronic ballast for HID Lamp by DC}

본 고안은 고압 방전등을 점등 유지시키기 위한 전자식 안정기에 관한 것으로 직류전원에 의한 고압방전등 예를 들면 제논램프, 메탈할라이드 램프 등을 점등 유지하는데 이용된다. 이러한 장치는 자동차용이나 손전등 기타 교류전원이 없는 곳에서 직류 전원을 이용하여 고압방전등을 점등하는데 이용된다. 고압방전등은 불꽃이 파동 치거나 공명에 의한 불꽃의 떨림(acoustic resonance) 현상이 있는데 이를 막고 안정되게 방전등을 점등 유지하기 위하여 저 주파수 방식을 이용한다. 일단 공급된 직류를 고주파수의 스위칭을 통하여 단속적인 직류로 만들고 이를 직류로 평활하여 H Bridge로 저주파수의 교류를 만들어 방전등에 공급한다. 언제나 시동이 용이하게 하기 위해서는 20KV이상의 Ignition 전압을 공급한다. 종래의 방법은 도 2에서 다이오드 D2와 트랜스포머의 코일(T2/2)이 없는 방법을 사용하고 파형도 도 5에서와 같은 반파 정류 파형이었으나 본 고안은 도5의 전파 정류된 파형을 사용함으로써 스위칭 주파수를 절반으로 낮출 수 있어 효과는 같으면서도 손실을 줄일 수 있다.

본 고안의 제 1 목적은 스위칭된 직류 전원을 얻기 위하여 트랜스포머(T1)의 1차측에서 수십 내지는 수백 KHz의 고주파수로 스위칭시켜 2차측을 도 2에서와 같이 다이오드(D1,D2) 로 전파 정류하고 직 후방에 캐패시터(C1)로 평활한다.

본 고안의 제2 목적은 정 출력을 얻기 위하여 도 1의 Power 검출 정출력 제어부를 통하여 출력 와트를 검출하여 PWM제어부의 데드타임을 제어하여 수행한다.마이크로프로세서를 이용하여 공급된 직류전압(Vc)을 저항(R1,R2)로 분압하여 입력받고, 부하전류는 부하에 흐르는 전류를 저항(R11)에 의하여 전압으로 변환하여 입력받아 이를 마이크로 프로세서의 곱셈 연산을 통하여 연산을 한 후 내부에서 정의된 값에 이르도록 데드타임의 전압을 제어하여 정출력을 얻는다.

본 고안의 제3 목적은 입력 변화에 따른 시동과 출력 와트 제어를 위하여 PWM 제어부(300)의 Error amplifier를 통하여 입력 직류전압에 따라 펼스폭을 제어하여 출력제어를 한다.

본 고안의 제4 목적은 입력 전압이 일정전압 이상이 될 경우 PWM 제어부(300)의 Error amplifier에 의해 출력 파형을 소멸시켜 안정기 동작을 중지시킨다.

본 고안의 제 5목적은 일정시간이 경과하여도 램프가 켜지지 않을 경우 PWM 제어부의 게이트 출력을 중지시켜 안정기를 보호한다.

도 1은 본 고안에 따른 블록도이다.

도 2A는 본 고안에 따른 정류 및 H Bridge 와 Ignitor 회로의 한 실시 예이다.

도 2B는 본 고안에 따른 정류 및 H Bridge 와 Ignitor 회로의 다른 실시 예이다.

도 3은 Power 검출 정출력제어와 PWM제어의 실시 예이다.

도 4는 정류 및 H Bridge, Ignitor 회로부와, H Bridge를 게이팅 하기 위한 Gate drive 및 보호회로부의 실시 예이다.

도 5는 PWM 제어부의 게이트 파형과 트랜스포머(T1)의 2차측 파형도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 노이즈 필터 200 : Power검출 정출력 제어부

300 : PWM 제어부 400 : Gate Drive 및 보호회로부

500 : 정류 및 H Bridge와 Ignitor 회로부

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 고안의 실시 예를 통해 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 방전등용 전자식 안정기의 블록도로 회로 구성을 개괄적으로 나타낸다. 본 고안의 안정기는 크게 노이즈 필터부(100), Power 검출 정출력 제어부(200), PWM 제어부(300), Gate drive 및 보호 회로부(400), 정류 및 H Bridge ·Ignitor회로부(500)로 구성된다.

도 3을 참조하면 Power 검출 정출력 제어부(200)는 마이크로 프로세서에 의해 제어되는 것으로 공급된 직류전압(Vc)을 저항(R1,R2)으로 분압(V0)받아 아날로그 입력단자(A0)로 입력받고, 부하전류를 저항(R11)에 의해 전압(V1)으로 변환하여 입력단자(A1)로 입력받아 내부에서 이를 곱셈 연산을 하여 PWM 제어부(300)의 데드타임 단자(Dt)에 전압을 인가하는데 이때 전압값이 Power 검출 정출력 제어부(200) 내부에서 정의된 값에 이르도록 다시 말하면 정해진 와트에 이르도록 데드타임을 제어하여 정출력이 되도록 한다.

도 3을 참조하면 PWM제어부(300)에 있어서 저항(R5)과 캐패시터(C7)는 수십-수백 KHz의 오실레이션 주파수가 되도록 하는 주파수 결정 소자이고, Error amplifier(ERR1)는 입력 전압(Vc)을 저항(R3, R4)으로 분압 하여 Error amplifier(ERR1)의 비 반전단자에 입력받고, 기준전압(Vref)에서 저항(R7)을 통하여 반전단자에 입력받아 입력전압이 변함에 따라 게이트 펄스폭을 변화시켜 출력 제어를 한다. Power 검출 정출력 제어부는 미세한 와트를 제어하고 Error amplifier(ERR1)는 입력전압에 따른 대강의 출력 제어를 한다. Error amplifier (ERR2)는 기준전압단자(Vref)에서 저항(R9)를 통하여 반전단자에 입력받고, 비 반전단자에는 저항(R8, R9)에 의해 분압된 전압을 공급받아 이 전압이 기준전압Vref)을 초과할때, 다시말하면 입력전압이 일정전압 이상(과전압)일 때 출력신호를 중지시킨다. 그리고 접속점(P1)에 전류가 공급되면 트랜지스터(TR1)를 ON시켜 출력 신호를 중단시킨다. 즉 이 모드는 전원이 공급되고 일정시간이 경과하여도 램프가 ON 이 되지 않을 때 도 4의 Gate Drive 및 보호회로부(400)에서 카운터(CNT2)로부터 신호를 공급받아 출력을 중지시킨다.

도 4를 참조하면 Gate drive 및 보호회로부(400)는 트랜스포머(T1) 코일(T2/3, T2/4), 카운터(CNT1, CNT2), AND 게이트(AND1-AND3), NOT 버퍼(NB1-NB6), 저항(R12-R23), 캐패시터(C3-C6), 트랜지스터(TR2-TR6), 광 신호 분리기(ISO1, ISO2), 다이오드(D4, D5)로 구성된다. 카운터(CNT1)는 수십 내지 수백 KHz의 고주파수를 수백Hz의 저 주파수로 낮추어 H Bridge 의 게이트 신호로 공급한다. 즉 PWM 제어부(300)의 게이트 단자(GATE)에서 발생된 신호가 접속점(P2)를 통해 카운터(CNT1)의 클럭(CLK)단자에 공급된다. 카운터(CNT1)에 의해 예를 들면 단자(Q10)에 수백 Hz로 낮진 신호가 만들어 지는데 이는 게이트(AND1-AND3)와 버퍼(NB1- NB6)를 거치면서 H Bridge의 게이트 신호가 된다. H Bridge의 high side (Q1, Q3)게이트 신호는 다시 트랜스포머(T1) 코일(T2/3, T2/4)에 의해 생성된 전압이 광신호 분리기에 의해 절연되어 Q1, Q3를 게이팅 한다. 카운터(CNT2)는 만약 안정기가 정상적인 동작을 해도 램프가 켜지지 안을 경우 예를 들면 단자(Q8)을 통해 접속점(P1)으로 high 신호를 출력하여 안정기의 동작을 중지시킨다. 램프가 만약 점등되면 저항(R11)과 캐패시터(C2)에 의해 형성된 전압이 트랜지스터(TR6, TR7)를 동작시켜 카운터(CNT2)의 리세트(RST)단자를 동작시키고 출력 신호를 리세트 하여 단자(Q8)의 전위를 영전압 상태를 유지시켜 안정기를 정상 동작시킨다.

도 4를 참조하면 정류 및 H Bridge, Ignitor 회로부(500)는 트랜스포머(T1)의 코일(T2/1, T2/2)과, 다이오드(D1-D3), 캐패시터(C1), 스위칭소자(Q1-Q4), 이그니션 트랜스포머(T2), 고압발생회로로 구성된다. 한 예로 도 2A와 같다. 트랜스포머(T1) 코일(T2/1, T2/2)에서 다이오드(D1,D2)를 통해 캐패시터(C1)로 평활되어 HBridge에 공급되고, 다이오드(D3)을 통해 고압발생회로에 직류 전원이 공급된다. 다른 예는 도 2B에 제시되어 있는데 다이오드(D1, D2)를 통해 정류 된 파형이 H Bridge 내부에서 스위칭소자(Q1, Q2)의 접속점과 (Q3, Q4)의 접속점 사이에 연결되어 평활한다.

본 고안은 고압 방전등을 안정되게 점등 유지시키는데 있어 고 주파수 스위칭을 기존 방식인 도 2의 다이오드 D2와 트랜스포머 코일(T2/2)이 없는 방식에 비해 스위칭 주파수를 절반으로 낮춤으로서 수명연장과 온도상승을 억제하는 효과를 가지고 있다. 그리고 Error amplifier 에 의해 간단한 방법으로 입력전압 변화에 대한 출력을 제어하고 과도하게 입력전압이 상승하면 게이트 신호를 중단시켜 안정기를 보호하며, 램프 출력을 검출하여 데드타임을 제어해서 정출력 제어를 수행한다.

Claims (7)

1. 직류 전원에 패시브 소자로 연결되어 전자파 노이즈를 억제하는 노이즈 필터부 ;

   출력 전력을 검출하여 정출력 제어를 위해 데드타임신호 전압을 출력하는 Power 검출 정출력 제어부;

   입력되는 전압에 따라서 Error amplifier에 의해 펄스폭 제어를 하고 일정 전압이 넘으면 출력 신호를 중단시키며, Power 검출 정출력 제어부에 의하여 생성된 데드타임 제어 전압을 입력받아 펄스폭 제어를 수행하여 게이트 신호를 제공하는 PWM 제어부;

   H Bridge 게이트를 드라이브 하고 시동실패시 안정기 보호를 위한 Gate Drive 및 보호회로부; 및

   스위칭된 직류전원을 트랜스포머 2차측으로부터 입력받아 정류하고 평활하며 이를 저 주파수의 교류로 만들고 시동을 위한 고압발생을 하는 정류 및 H Bridge, Ignitor회로부를 구비하는 것을 특징으로 하는 직류전원용 고압 방전등용 전자식 안정기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 Power 검출 정출력 제어부는 공급되는 직류전압과 부하전류를 곱셈을 하여 PWM 제어부의 데드타임 제어전압으로 출력하여 정출력 제어를 하는 것을 특징으로 하는 직류전원용 고압 방전등용 전자식 안정기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 PWM 제어부는 공급되는 직류 전압에 의해 게이트 신호의 펄스폭을 제어하여 램프 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 직류전원용 고압 방전등용 전자식 안정기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 PWM 제어부는 공급되는 직류 전압이 일정전압 이상이면 출력 신호를 정지시키는 것을 특징으로 하는 직류전원용 고압 방전등용 전자식 안정기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 Gate Drive 및 보호회로부는 PWM 제어부로부터 수십 내지는 수백KHz의 고 주파수의 신호를 공급받아 수백 Hz의 저 주파수로 낮추어 H Bridge의 게이트 신호를 만드는 것을 특징으로 하는 직류전원용 고압 방전등용 전자식 안정기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 Gate Drive 및 보호회로부는 PWM 제어부로부터 고 주파수의 신호를 공급받아 일정 시간이 경과하여도 방전등이 켜지지 않으면 PWM 제어부에 출력 신호를 보내 안정기 동작을 중지시키는 직류전원용 고압 방전등용 전자식 안정기.
7. 제 1항에 있어서, 정류 및 H Bridge, Ignitor 회로부를 구비하는 것을 특징으로 하는 직류전원용 고압 방전등용 전자식 안정기.