KR200279439Y1 - 방전등의 점멸 및 조도제어용 안정기 회로 - Google Patents

Abstract

방전등의 점멸 및 조도제어용 안정기 회로는, 교류전압이 인가되는 안정기 입력선(N, U)에 접속되는 예열트랜스(PT)와, 상기 예열트랜스(PT)로부터 유기되어 상기 방전등의 양측면에 제공되는 제1 및 제2예열권선(PT1, PT2)과, 상기 방전등의 방전통로(F1, F2)에 접속된 양측 전원 중 한 전원이 연결되는 과전류보호소자(PTC)와, 상기 방전등의 방전통로(F1, F2)에 접속된 양측 전원 중 나머지 한 전원이 연결되는 전파정류부와, 전파 정류된 양단 전원 사이에 제공된 스위칭소자와, 전원의 +측에 역접속된 제너다이오드(ZD)와, 상기 제너다이오드(ZD)에 접속된 저항(R2) 및 콘덴서(C)를 포함하여 이루어진다.

Description

방전등의 점멸 및 조도제어용 안정기 회로{Ballast stabilizer circuit for flickering and illuminance controlling discharge lamp}

본 고안은 방전등용 안정기 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 외부신호에 따라 점멸과 조도제어 기능을 수행하는 전자회로와 기계식인 트랜스 결합용 하이브리드식 안정기 회로에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 형광램프는 우리생활 주변에 널리 쓰이는 광원으로써 대표적인 방전등이라 할 수 있다. 이러한 형광램프는 반드시 안정기를 설치하여야 하는 바 현재 다양한 종류의 안정기가 채택되어 사용되고 있다.

상기한 안정기에 대하여 KS규격에서는 시동방식에 따라 글로우 스타터식, 래피드식, 순시기동식, 반도체스타터식, 전자식 등으로 안정기를 구분하고 있으며, 최근, 전자식 안정기 업계에서는 시동방식의 개선으로 7,000회∼15,000회 이상 점등특성을 실현해 가고 있는 실정이다.

이러한 형광램프의 사용을 보면 실내조명에 집중되지만 다른 종류의 안정기는 상당부분이 옥내용 이외 전시물 조명, 광고간판 조명에 널리 이용되고 있으며, 또한 단순히 그냥 커져 있는 광원으로부터 동적기능을 요구하는 추세로 들어서고있다.

외부조명에 많이 쓰이는 고압방전램프는 점광원 일종으로 투광용으로나 적합하고, 점등 소요시간 및 재점등 시간이 긴 단점이 있으며, 또한 네온싸인은 냉음극관으로 계절에 관계없이 점등과 수명이 길지만 저효율과 에너지 소모율이 높고 설치비가 비싸다는 단점이 있다.

한편, 백열등처럼 순시점등(응답속도:0.2/sec) 해야 하는 경우 기존 형광램프 안정기처럼 점멸 테스트의 규정치 7,000∼15,000회로 만족될 수 없다.

형광램프의 1회 점등은 형광램프 수명의 1∼2시간에 해당되고, 형광램프 필라멘트가 방전 조건의 최적온도 850℃에 단시간에 도달되어야 하며, 래피드식 램프처럼 점등보조체인 도전물체가 도포된 램프나 도전체 역할을 하는 금속 반사갓과 그리고 기후에 관계없이 점등이 신속 원활하여야 하는 동시에, 사용되는 외부컨트롤러 전부가 전압제어방식으로 전압제어가 주종인 까닭에 저전압하에서는 시동이 어렵다는 문제점이 있다.

본 고안은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 방전등에 방전에 필요한 충분한 예열공급과 어떠한 전압상태라도 방전에 필요한 고전압을 외부신호에 따라 램프에 가하여 점등시키고, 노후램프나 램프파손시 자체 보호회로에 의해 외부 악조건 또는 화재 등으로부터 보호될 수 있도록 한 방전등의 점멸 및 조도제어용 안정기 회로를 제공하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 상기 방전등의 점멸 및 조도제어용 안정기 회로를 일반적으로 널리쓰이고 있는 형광등에 적용하여 동적기능을 나타낼 수 있는 점멸기능과 빛의 강·약 조절기능을 추가하여 효율적으로 광원을 활용하며, 자체수명의 연장은 물론 램프의 수명을 연장시키고자 하는 것이다.

상기한 본 고안의 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 방전등의 점멸 및 조도제어용 안정기 회로는, 교류전압이 인가되는 안정기 입력선(N, U)에 접속되는 예열트랜스(PT)와, 상기 예열트랜스(PT)로부터 유기되어 상기 방전등의 양측면에 제공되는 제1 및 제2예열권선(PT1, PT2)과, 상기 방전등의 방전통로(F1, F2)에 접속된 양측 전원 중 한 전원이 연결되는 과전류보호소자(CT)와, 상기 방전등의 방전통로(F1, F2)에 접속된 양측 전원 중 나머지 한 전원이 연결되는 전파정류부와, 전파 정류된 양단 전원 사이에 제공된 스위칭소자와, 전원의 +측에 역접속된 제너다이오드(ZD)와, 상기 제너다이오드(ZD)에 접속된 저항(R2) 및 콘덴서(C)를 포함하여 이루어지고,

상기 제너다이오드의 +측에 저항(R2)은 콘덴서(C)가 접속되어 저항(R2) 콘덴서(C)의 설정된 충방전 타이밍에 따라 스위칭소자를 구동함으로써 정류된 전원이 온/오프 반복케 되면 높은 고전압이 발생, 방전통로를 따라 가열된 램프에 가해지고 동시에 전류제한용 초크트랜스(CT)는 외부 콘트롤 신호에 따라 램프간에 순간적 인덕턴스 전압과 점등완료후 제어된 전류를 램프에 보내도록 구성된다.

도 1은 본 고안에 따른 안정기 회로 및 이를 적용한 방전등의 개략적인 구성을 나타내는 도면.

도 2는 본 고안에 따른 안정기 회로의 고주파 전압발생 기능을 이용한 점등장치 회로도.

도 3은 본 고안에 따른 안정기 회로를 적용한 램프의 점등 완료시 정지 상태 회로의 전류 흐름도.

도 4는 본 고안에 따른 안정기 회로를 적용한 램프의 점등 완료시 관전압 전류 파형도.

도 5 본 고안에 따른 안정기 회로에서 보호 기능 작동시 보호소자의 전기적 특성을 나타내는 도면.

도 6 본 고안에 따른 안정기 회로가 적용된 전자 점등장치의 고주파 전류 파형도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

PT: 예열권선용 복권 트랜스 PT1, PT2: 예열권선

S.W: 전자 점등부 CT: 전류제한용 초크트랜스

TC: 회로보호 소자 PTC D1-D4: 정류다이오드

S: 스위칭 소자 ND: 제너 다이오드

DA: 다이악 R1,2: 저항다이악

C: 콘덴서

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 안정기 회로 및 이를 적용한 방전등의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 고안에 따른 안정기 회로의 고주파 전압발생 기능을 이용한 점등장치 회로도이며, 도 3은 본 고안에 따른 안정기 회로를 적용한 램프의 점등 완료시 정지 상태 회로의 전류 흐름도를 나타낸다.

도시하는 바와 같이, 교류전원이 안정기입력선 N,U에 인가되면 소형 복권 트랜스 PT에서 1차 유기된 예열권선 PT1에 필라멘트 가열 전압이 인가된다.

계속해서, 외부 컨트롤러를 이용하여 입력선 V를 통하여 전류제한용 초크트랜스(과전류보호소자) CT에 전원을 인가하고, 이에 따라 형광램프의 양 필라멘트에 연결된 전자회로와 전류제한용 초크트랜스 CT를 통해 전원이 인가되고 전파 정류다이오드 D1, D2, D3, D4를 거처 정류된다. 한편, 정류된 맥류 +, -측에는 스위칭소자 S가 1석 병렬로 접속되고 스위칭소자 S의 +측에는 제너 다이오드 ZD가 역방향으로 걸리고 그 끝에 저항 R2와 콘덴서 C가 연결되어 있으며, 저항 R2와 콘덴서 C중간에 스위칭소자 S를 구동키 위한 트리거 소자인 다이악 DA가 연결되어 있다.

이때, 저항 R2와 콘덴서 C설정치에 의해 스위칭소자의 구동 주파수는 바뀌게 된다.

계속해서, 정류된 전원이 제너다이오드 설정치 전압을 넘는 전압이 들어오면 제너다이오드를 넘어 저항 R2의 설정값으로 콘덴서 C를 충전하고 충전이 완료된 순간 다이악 DA를 통해 방전을 하게 되어 스위칭소자가 턴-온/오프의 스위칭 동작을 한다.

이어서, 스위칭소자와 병렬로 걸린 전원이 온/오프동작을 하게 되면 높은 스위칭펄스전압이 발생하여 램프의 방전통로를 따라 램프 양단에 가해지고 예열이 완료된 램프의 필라멘트는 높은 고주파펄스전압 (P.P 1,500V)에 충격없이 점등된다.

마지막으로, 램프가 점등되면 램프는 낮은 임피던스가 되면서 램프에 가해진 주 전압이 램프안정유지 전압으로 낮아지면서 회로전압 또한 낙하되어, 제너다이오드(ZD)의 역전압 설정치 이하로 내려가면 제너다이오드(ZD)후단에는 전압이 끊겨 스위칭이 정지된다(40W의 경우 램프안정전압 : 110V, ZD 설정전압 : 160V).

램프의 점등이 확실히 행해지는 것을 제너다이오드(ZD)를 이용한 센서 역할로 스위칭회로정지와 재기동 여부가 신속하게 이루어지고, 상기 스위칭소자로는 베이스, 콜렉터, 에미터로 이루어진 트랜지스터가 바람직하다.

한편, 형광램프가 파손되거나 단선되어 있는 중 회로에 전원이 인가되면 스위칭 회로가 작동되어 램프 점등을 확인하는 제너다이오드(ZD)후단에 트리거 전압이 계속 걸리게 되고 지속적인 스위칭으로 발생되는 고전압이 램프에 공급되지 못하면 스위칭소자가 과열되어 파손에 이르게 된다. 이러한 이유로 방전통로 입구인 회로 전단에 과전류보호소자(CT)가 전류의 검출 지속시간에 설정된 수치를 넘는 순간 (250㎃/1.5sec-정상적 램프 결합시 점등완료시간은 0.2/sec) 보호 소자의 전기적 특성인 내부 저항치가 급격히 상승, 전원을 차단함으로써 회로를 보호하게 된다.

도 4는 본 고안에 따른 안정기 회로를 적용한 램프의 점등 완료시 관전압 전류 파형도로서, (a)는 5ms, 100V에서의 전류 파형도를 나타내고, (b)는 5ms, 20mV에서의 전류 파형도를 나타낸다.

도시하는 바와 같이, (a) 및 (b)는 정상적인 사인파(sine wave)가 아닌 변형된 모습을 보이고 있는 바, 이는 램프에 의해 변형된 것이고, 고전압인 경우 변형의 정도가 심하게 나타나고 있다.

도 5는 본 고안에 따른 안정기 회로에서 보호 기능 작동시 보호소자의 전기적 특성을 나타내는 도면으로서, 도시하는 바와 같이, 본 고안의 과전류보호소자(CT)에 의하면 회로에 공급되는 전류의 증가에 따라 저항값이 증가되어 전류의 흐름을 방해함으로써 과전류로부터 회로를 보호할 수 있도록 된다.

도 6은 본 고안에 따른 안정기 회로가 적용된 전자 점등장치의 고주파 전류 파형도로서, 도시하는 바와 같이, H는 정상적인 사인파에 중첩된 고주파를 나타낸다.

통상의 경우 회로에 공급되는 전압이 낮아지면 램프가 소등되나, 본 고안의 전자회로를 적용하면 전자회로의 작동에 의해 고주파를 발진함으로써 램프가 소등되지 않고 계속 점등 상태를 유지할 수 있다.

본 고안에 따르면, 형광램프에 기능성을 적용함으로써 형광램프 고유의 연색성과 높은 광효율 등 장점을 최대한 활용할 수 있으며, 점멸주기와 빛의 강약에 따라 안정기 소비전력이 통제되고 점등에 소모되는 불필요한 전력손실을 줄여 절전할 수 있으므로 경제적이다.

또한, 램프수명을 최대한 연장하고 불필요한 작동으로 인한 발열억제 및 이상 과전류를 차단함으로써 뛰어난 안정성을 확보할 수 있다.

Claims (2)

1. 방전등의 점멸 및 조도제어용 안정기회로로서, 교류전압이 인가되는 안정기 입력선(N, U)에 접속되는 예열트랜스(PT)와, 상기 예열트랜스(PT)로부터 유기되어 상기 방전등의 양측면에 제공되는 제1 및 제2예열권선(PT1, PT2)과, 상기 방전등의 방전통로(F1, F2)에 접속된 양측 전원 중 한 전원이 연결되는 과전류보호소자(PTC)와, 상기 방전등의 방전통로(F1, F2)에 접속된 양측 전원 중 나머지 한 전원이 연결되는 전파정류부와, 전파 정류된 양단 전원 사이에 제공된 스위칭소자와, 전원의 +측에 역접속된 제너다이오드(ZD)와, 상기 제너다이오드(ZD)에 접속된 저항(R2) 및 콘덴서(C)를 포함하여 이루어지고,

   상기 제너다이오드의 +측에 저항(R2)은 콘덴서(C)가 접속되어 저항(R2) 콘덴서(C)의 설정된 충방전 타이밍에 따라 스위칭소자를 구동함으로써 정류된 전원이 온/오프 반복케 되면 높은 고전압이 발생, 방전통로를 따라 가열된 램프에 가해지고 동시에 전류 제한용 CT초크 트랜스는 외부 콘트롤 신호에 따라 램프간에 순간적 인덕턴스 전압과 점등완료후 제어된 전류를 램프에 보내도록 구성됨을 특징으로 하는 방전등의 점멸 및 조도제어용 안정기회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭소자가 베이스, 콜렉터, 에미터로 이루어진 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 방전등의 점멸 및 조도제어용 안정기회로.