KR200285081Y1 - 무접점방식으로 순시 점등하는 형광램프 점등회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 무접점 방식으로 순시 점등하는 형광등 점등회로로서, 쵸크트랜스, 형광등 양 필라멘트 전극에 연결되어 교류전원을 정류하여 맥류전원을 공급하는 정류부, 형광등의 예열과 점등을 제어하기 위하여 트랜지스터 및 사이리스터를 다링톤결합시킨 것을 포함하는 스위치 제어부, 설정시간대에 형광등의 양 필라멘트를 가열하던 전류를 정지시키는 사이리스터, 저항, 및 콘덴서를 포함하는 타이머부, 및 타이머부를 충전시키는 전원공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무접점방식으로 순시 점등하는 형광램프 점등회로 {A Circuit For Instantly Starting A Fluorescent Lamp In Non-Contact Way}

본 고안은 반도체를 이용한 무접점방식으로 형광램프를 순시 점등시키는 전자식 점등회로에 관한 것이다.

일반적으로 조명기구로 보편화된 형광램프는 필라멘트에 의한 열음극 저압 방전 형광램프이다. 형광램프는 일반적인 방전등과 마찬가지로 부저항특성을 갖고 있고, 방전개시전압이 매우 높기 때문에 안정된 점등을 위해 관전류를 제한함과 동시에 방전개시전압을 얻기 위한 형광등 점등회로가 필요하다.

형광등 점등회로는 그 기동방식에 따라 글로우 스타터식 형광등 점등회로와 반도체 스타터식 점등회로로 구분된다.

종래의 글로우 스타터식 형광등 점등회로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 입력되는 교류 전원을 안정기를 통해 형광등의 양 전극(P1, P2) 에 연결시키고 여기에는 글로우방전을 수행하는 점등관(G)을 연결하도록 구성된다. 그리고 교류전원이 점등관에서 방전하는 동안 형광등(F.L)은 양 전극을 예열시키게 되고 이후 점등관(G)이 방전에 따른 열에 의해 접촉되면 글로우 방전은 중단되며, 따라서 점등관(G)은 다시 차단상태가 된다. 이러한 점등관(G)의 차단에 의하여 순간적으로 안정기(S1)에는 높은 유도전압이 발생하여 점등이 된다.

바이메탈의 기계적 구조로 만들어진 종래의 기술에 따른 점등회로는 형광등 점등에 소요되는 시간이 길고 주위온도와 인가전압의 변동, 스타터의 기계적 특성편차로 인하여 예열시간이 불규칙하고 접점작동이 수회 불규칙하게 일어날 수 있기 때문에 형광램프의 최적의 방전개시를 할 수 없고, 조기 흑화현상 및 필라멘트 조기 단선을 초래한다. 뿐만 아니라, 한번에 형광등이 점등되는 것이 아니고 수회에 걸쳐 수행되는데 이 때 강력한 전기노이즈를 발생시키고 안정기의 절연특성열화램프의 계속적인 점등반복으로 전력을 소모하여 스타터의 자체수명단축을 초래하고, 경우에 따라 접점융착이 되면 안정기를 가열시키고 화재위험까지 갈 우려가 있다.

한편, 이러한 문제점을 개선하기 위하여 점등관 대신에 기존의 반도체, 즉 TR, FET, G, TO, SCR, IGBT, TRIAC등을 이용하여 구성된 회로인 반도체 스타터 형광등 점등회로가 사용되어 왔으나 이들 소자는 가격이 높고, 많은 종류의 방전등을 확실하게 점등하지 못하며, 내구성이 떨어지는 단점이 있다.

따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 고안의 목적은 트랜지스터와사이리스터를 다링톤결합하여 무접점으로 형광등을 순시 시동시키는 회로를 구성함으로서 최적의 상태에서 형광등 필라멘트를 예열시키고, 형광등의 사용수명을 최대로 연장 사용할 수 있도록 한 형광등 점등회로를 제공하는 것이다. 또한 본 고안의 또 다른 목적은, 상기 형광등 점등회로에 온도과열 차단휴즈를 부착하여 스타터의 자체수명을 보장하고 화재위험을 줄이는 형광등 점등회로에 대한 기술을 제공함에 있다.

도 1은 형광등을 점등시키는 종래의 글로우 스타터방식의 일반적 회로도;

도 2는 본고안에 따른 트랜지스터와 사이리스터가 다링톤결합으로 조합된 순시 점등 형광등의 점등회로도;

도 3의 (a)는 종래의 글로우 스타터식 점등회로의 동작 파형도이고, (b)는 본 고안 점등회로의 동작파형도; 및

도 4의 (a)는 종래의 글로우 스타터식 형광램프의 점등테스트후 광속변화율을 나타내는 파형도이고, (b)는 본 고안의 점등회로에 의한 형광램프의 점등테스트후의 광속변화율 파형도이다.

〈도면 주요부분의 부호설명 〉

S1 : 쵸크트랜스 ( 안정기 )

S2: 정류부

S3: 스위칭제어부

S4: 타이머부

S5: 전원 공급부

S6: 온도과열 차단 휴즈

F.L : 형광램프

F1, F2 : 형광램프 필라멘트

D1, D2, D3, D4 : 정류다이오드

G: 글로우 방전 점등관

Q1: 트랜지스터

Q2, Q3 : 사이리스터

R1-R7: 저항

C1,C2: 콘덴서

이와 같은 목적을 달성하기 위한 형광등 점등회로는, 형광등을 점등시키는 회로에 있어서,

상기 형광램프에 입력되는 교류전원의 일측에 연결되며 타측에 상기 형광램프에 인가되는 쵸크트랜스, 상기 형광등의 양 필라멘트 전극에 연결되어 입력되는 상기 교류전원을 전파 정류하여 맥류 전원을 공급하는 정류부, 상기 정류부의 후단에 연결되며, 고전압을 얻기 위한 트랜지스터와 제 1사이리스터를 다링톤 (darlington)결합하여 상기 형광등의 예열과 점등을 제어하기 위한 스위치 제어부, 상기 스위치제어부의 후단에 연결되며, 설정시간대에 제 2사이리스터의 애노드(A)에 접속된 저항의 전류를 차단함으로써 형광램프의 양 필라멘트를 가열하던 전류를 정지시키는 제 2사이리스터, 저항, 및 콘덴서를 포함하는 타이머부, 및 상기 타이머부의 후단에 연결되며 타이머 회로의 콘덴서을 충전하기 위한 전원을 공급하는 다이오드및 저항을 포함하는 전원공급부 및 트랜지스터의 방열판에 부착된 온도 과열 차단휴즈를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 형광등 점등 회로에 대하여 설명한다.

도 2는 본 고안에 따른 형광등 점등회로의 회로도이다. 도시된 바와 같이 본 형광등의 점등회로는 쵸크트랜스(S1), 정류부(S2), 스위치 제어부(S3), 타이머부(S4), 전원공급부(S5), 그리고 온도과열 차단휴즈(S6)로 크게 구분할 수 있다.

쵸크트랜스(S1)는 입력교류전원과 형광등 사이에 위치하여 형광등을 안정하게 점등하는 역할을 한다. 즉 쵸크트랜스(S1)는 입력되는 교류전원의 일측에 연결되며 그 타측은 형광등에 바로 연결된다.

정류부(S2)는 형광등의 양 필라멘트(F1, F2)전극에 연결되어 입력되는 교류전원은 전파정류하여 맥류전원으로 공급하게 된다. 입력단자는 교류전원이 인가되고 다이오드(D1, D2, D3, D4)는 브릿지 결합되어 교류전원을 맥류전원으로 전환시키며, 이렇게 전환된 맥류전원은 스위칭제어부(S3)에 공급된다.

스위칭제어부(S3)는 트랜지스터(Q1)와 제 1사이리스터(Q2)가 다링톤결합되어 상기 점등회로의 예열 및 점등을 제어한다. 스위칭제어부(S3)는 맥류 전원의 (+), (-)측에 출력소자인 트랜지스터(Q1)가 콜렉터(C)와 에미터(E)에 병렬로 연결되어있다. 제 1사이리스터(Q2) 작동은 본 회로와 같이 맥류상에서 제 1사이리스터(Q2)의 게이트(G)의 신호 유무에 따라 동기적으로 작동하므로 제 1사이리스터(Q2)의 게이트(G)에 신호를 입력하면 제 1사이리스터(Q2)의 애노드(A)와 캐소드(K)가 ON된다. 이 때, 전원이 맥동이므로, 제 1사이리스터(Q2)의 입력게이트(G)의 신호가 없어지면, 트랜지스터(Q1)의 베이스(B)로 흐르는 전류가 없어지기 때문에, 트랜지스터(Q1)에 흐르던 전류가 정지하게 된다. 이러한 트랜지스터(Q1)에 흐르는 전류를 차단하여 쵸크트랜스(S1)에 흐르던 큰 전류를 순간 차단하게 되면 쵸크트랜스(S1)내에 감겨진 코일에서 큰 역기전력이 발생하게 되며, 이때 형광램프내 방전통로는 양쪽 필라멘트(F1, F2) 가열로 인해 열전자 방출이 쉽게 이루어지도록 된 상태이므로 순간단락으로 유도된 높은 전압이 가해지면 방전통로에 방전이 이루어져 형광램프는 점등하게 된다.

즉, 본 실시예에서 형광등의 예열과 점등의 중요동작은 스위칭제어부(S4)의 트랜지스터(Q1)과 제 1사이리스터(Q2)의 동작에 의하여 좌우된다. 도 2에 도시된 바와 같이 출력소자 트랜지스터(Q1)의 베이스(B)에 제 1사이리스터(Q2)의 캐소드(K)에 접속되어 있고, 제 1사이리스터 (Q2)의 애노드(A)는 전원 (+)측에 접속되어 있고, 트랜지스터(Q1)와 제 1사이리스터(Q2)의 캐소드(K)접속으로 달링톤 결합된다. 이렇게 전혀 다른 성질을 가진 트랜지스터와 사이리스터를 다링톤결합한 이유는 다링톤 트랜지스터자체는 본 회로 구조상 가격이 고가인데다가, 고전압용도로 찾기 힘들고 회로상에서도 시간적 작동이 느리고 발열손실이 크며, 열폭주로 인한 손상이 올 수 있기 때문이다. 또한 트랜지스터 자체만 사용하면 큰 전류에서 작동이 완만해져 이러한 회로는 높은 유도전압을 일으키기에 적합하지 않고, 동작이 ON 상태에서는 유지전류가 문제된다. 그러므로 트랜지스터의 장점을 이용하고, 사이리스터의 게이트 전류로 작동이 될 수 있는 소전류(유지전류이하)로 작동시켜 부족전류를 트랜지스터로 증폭하기 위하여 트랜지스터와 사이리스터를 다링톤결합한 것이다.

또한, 트랜지스터(Q1)에 통하는 전류는 입력단자(T1, T2)의 교류전류가 흘러서 된 것으로 입력단자(T1, T2)에 상당량의 전류가 흐르게 되며, 이러한 전류는 쵸크트랜스(S1)에 흐르면서 형광램프의 양 필라멘트(F1, F2)를 가열하게 된다.

타이머부(S4)는 스위치제어부(S3)의 후단 저항(R1)을 통하여 연결되며, 설정시간대에 사이리스터(Q3)의 애노드(A)에 접속된 저항(R1)의 전류를 차단함으로써 형광램프의 양 필라멘트(F1,F2)를 가열하던 전류를 정지시키는 제2사이리스터(Q3), 저항(R2, R3, R4), 콘덴서(C1, C2)로 구성된다. 본 회로에서 필라멘트의 관전류값이 필요이상 커지면 고압파형도 거칠어져 관구손상이 커지고, 필라멘트 단락까지 이르게 되며, 전류치가 작아지면 고압발생파형도 완만해져 관구손상과 점등실패의 요인이 된다.

따라서, 본 회로에서는 저항값이 큰 저항 (R1)을 제 1사이리스터(Q2)의 게이트(G)에 접속시켜 트랜지스터(Q1)를 동작시키고, 제 2사이리스터(Q3)로 타이머회로를 구성하여, 설정시간대에서 제 2사이리스터(Q3)의 애노드(A)에 접속된 저항(R1)의 전류를 차단하면 제 1사이리스터(Q2)의 게이트(G)의 유지전류가 끊기게 되므로 제 1사이리스터(Q2)의 캐소드(K)에서 트랜지스터(Q1)의 베이스(B)로 흐르는 전류가 차단됨으로써 트랜지스터(Q1)의 콜렉터(C)에서 에미터(E)로 흐르던 전류가 정지하게 되고, 쵸크트랜스(S1)와 교류전원을 통해, 형광램프의 양 필라멘트(F1, F2)를 가열하던 전류가 정지하게 된다. 이때 예열시 흐르는 전류와 시간대는 저항(R2, R3, R4)과 콘덴서(C1, C2)의 값에 의하여 결정된다. 이렇게 형광램프의 양 필라멘트를 가열하던 전류의 흐름을 정지시킴으로서 관구손상과 필라멘트의 단락을 방지한다.

본 실시예에서, 전원공급부 (S5)는 타이머부(S4)의 후단에 연결되고, 타이머회로의 콘덴서(C1)를 충전하기 위한 전원을 공급하는 다이오드(D5, D6) 및 저항(R5)을 포함한다. 상기 다이오드(D5, D6)는 1A급 다이오드로서 2개의 다이오드를 직렬접속하여 1.5V의 정전압상태를 발생하게 하는 것이 바람직하다. 상기 1.5V의 정전압은 제 2사이리스터(Q3)의 작동전력을 얻기에 적합한 전압이고, 상기 전압이 상기 다이오드에 의해 발생하기 때문에 제 2사이리스터(Q3)의 게이트(G)용전원으로써 콘덴서(C1)의 용량만 선택하면 짧은시간 내에 제 2사이리스터(Q3)의 작동전력을 얻을수 있다. 이때 저항(R4)은 충전시간이 길고 짧음의 결정과 정지시 신속하게 콘덴서의 전하를 방전하고, 다음작동시 충전시정수에 대비키 위한 중요한 저항이다.

안전부(S6)는 온도과열 차단휴즈로서 출력 트랜지스터의 방열판에 부착되어 트랜지스터의 과열로 인한 안전대책으로서 전원을 차단하여 회로를 전원으로부터 분리시키는 장치이다.

이하 상기한 구성의 형광등 점등회로의 동작을 상세히 설명한다.

먼저, 램프에 인가된 교류전원은 정류부(S2)를 통하여 맥류전원으로 스위칭 제어부(S3)에 공급되고, 그 맥류전원의 맥류전류가 제 1사이리스터(Q2)의 게이트(G)에 인가됨에 따라 트랜지스터(Q1)의 베이스(B)전류 공급 유무가 결정되고 이에 따라 초크트랜스(S1)에 큰 역기전력이 발생되어 형광램프가 ON된다. 한편, 전원공급부(S5)에 의하여 타이머부(S4)의 콘덴서(C1)를 충전시키고, 타이머부(S4)는 설정시간대에 제 2사이리스터(Q3)의 애노드(A)에 흐르는 전류를 차단하여 제 1사이리스터(Q2)의 게이트(G)에 전류공급을 차단함으로써 트랜지스터(Q1)의 콜렉터(C)에서 에미터(E)로 흐르던 전류가 정지하게 되고, 교류전원을 통해, 형광램프 양 필라멘트(F1, F2)를 가열하던 전류가 정지하게 된다. 즉 형광램프가 방전되어 안정 유지전압으로 들어가게 되면 안정유지전압은 기본 AC 입력전압보다 낮게 되어 점등회로로서의 제 역할이 완료된다.

상술한 바와 같이 본 고안은 트랜지스터와 사이리스터의 다링톤결합로 구성된 회로로서, 기존의 타 반도체 TR, FET, G, TO, IGBT, SCR, TRIAC등에 비해 견고하고, 많은 종류의 방전등을 확실하게 점등할 수 있고, 저렴하게 구성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 종래의 글로우 스타터 방식의 점등회로에 비하여 외부의 악조건 (저온이나 고온등 자연조건, 전압변동, 다양한 램프와 안정기들 조합관계 등)이라도 램프에 무리가 가지 않게 적정한 예열과 부드러운 시동이 이루진다. 도 3의 (a)는 종래의 글로우 스타터식 점등회로의 동작 파형도이고, (b)는 본 고안 점등회로의 동작파형도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 글로우 스타터식 점등회로의 동작은 스위치가 ON될 때, 수 회 접점작동을 하게 되며, 그 예열 시간이 불규칙한 반면, 본고안에 따른 점등회로의 동작은 예열시간이 일정하며, 단 1회 접점작동으로 형광램프를 ON하게 된다. 또한, 도 4의 (a)는 종래의 글로우 스타터식 형광램프의점등테스트후 광속변화율을 나타내는 파형도이고, (b)는 본 고안의 점등회로에 의한 형광램프의 점등테스트후의 광속변화율 파형도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 종래의 글로우 스터터 방식의 형광램프보다 본 고안의 점등회로에 의한 형광램프는 램프광속의 감소가 훨씬 적고, 이에 따라 램프의 수명은 대폭 연장가능하여 경제적이며, 폐형광등 감소로 인한 환경보호에도 이바지 할 수 있다.

Claims (2)

1. 형광램프를 점등시키는 회로에 있어서,

   상기 형광램프에 입력되는 교류전원에 일측이 연결되며 타측이 상기 형광램프에 연결되는 쵸크트랜스(S1);

   상기 형광등의 양 필라멘트(F1, F2) 전극에 연결되어 입력되는 상기 교류전원을 전파 정류하여 맥류 전원을 공급하는 정류부(S2);

   상기 정류부의 후단에 연결되며, 고전압을 얻기 위한 트랜지스터(Q1)와 제 1사이리스터(Q2)를 다링톤결합하여 상기 형광등의 예열과 점등을 제어하기 위한 스위치제어부(S3);

   상기 스위치제어부의 후단에 연결되며, 설정시간대에 제 2사이리스터(Q3)의 애노드(A)에 접속된 저항(R1)의 전류를 차단함으로써 형광램프의 양 필라멘트(F1, F2)를 가열하던 전류를 정지시키도록 제 2사이리스터, 저항, 및 콘덴서를 포함하는 타이머부(S4); 및

   상기 타이머부(S4)의 후단에 연결되며 타이머 회로의 콘덴서(C1)을 충전하기위한 전원을 공급하는 다이오드와 저항으로 구성된 전원공급부(S5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광등 점등회로.
2. 제 1항에 있어서, 트랜지스터의 방열판에 온도과열 차단휴즈(S6)를 부착하는 것을 특징으로 하는 형광등 점등회로.