KR200303285Y1 - 전자식 형광램프 점등장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 형광램프 이상은 물론 규격 미달의 불량 램프 장착시 작동이 중지되도록 한 전자식 형광 램프 점등 장치를 개시한다.

본 고안은 형광램프의 이상 발생시 전자식 안정기의 모든 스위칭 작동이 중지되도록 한 것으로, 이를 위하여 본 고안은 전력 스위칭소자의 스위칭동작을 유지시키기 위하여 전류 트랜스포머를 연결하고 또한 이에 인덕터와 콘덴서로서된 직렬공진회로가 접속된 공지의 것에 있어서,

전류 트랜스포머에 별도의 추가 권선을 설치하여 높은 직렬 공진 전압이 유기되면 전력 스위칭소자의 스위칭 동작이 정지되도록 한 것이다.

이에 따라 본 고안은 규격 미달의 형광램프나 흑화, 파손된 형광램프가 연결되는 경우 즉시 스위칭 동작이 정지되므로 전력 스위칭소자를 보호할 수 있게 되는 것이어서 전자식 형광램프 점등장치의 고장을 방지할 수 있게 되는 효과를 제공한다.

Description

전자식 형광램프 점등장치{Fluore Scant Lamp Electronic Ballast}

본 고안은 전자식 형광램프 점등 장치에 관한 것으로 더욱 상세히는 형광램프 이상은 물론 규격 미달의 불량 램프 장착시 작동이 중지되도록 한 전자식 형광 램프 점등 장치에 관한 것이다.

일반적으로 널리 알려져 있는 바와같이 종래의 쵸우크를 사용한 안정기는 순간 점등이 불가능하고 효율이 낮으며 전기적 잡음이 유도되고 중량이며 프리커(Flicker)현상이 야기되는 문제점이 있었다. 그러므로 입력전원을 배전압 정류하여직류 전환시키고 이를 전류제한용 저항을 경유하여 형광램프 양단에 인가되게 함으로써 전위(potential)차에 의하여 순간점등이 이루어지게 하고 점등 완료한 후에는 전류 제한용 저항을 두어 적정한 전압분배로 관 전류가 흐르지 않도록 제한한 이른바 배전압형 안정기도 사용된 바 있으나, 이는 전류제한용 저항에서 막대한 전력낭비를 초래하게 되고 또한 형광램프에 인가되는 전류가 직류이므로 광전 변환효율이 저하되어 조도가 낮게될 뿐만 아니라 얼마간 사용하다 보면 형광램프 일단에 흑화현상이 심화되어 형광램프의 수명을 단축시키게 되는 문제점이 발견되었다.

그러므로 이러한 문제점을 감안하여 전류제한용 저항을 사용하지 않을 수 있어서 효율이 향상되며, 형광램프에는 교류가 가하여지므로 흑화 현상 심화 등의 문제점이 없으며 순간 점등이 가능하고 경량성, 스타터 등의 소모품 사용을 배제할 수 있게 되는 등의 장점을 살린 전자식 형광램프 안정기가 다수 제안된 바 있었다.

그 예로서 대표적인 것이 대한민국 실용신안공고번호 제 83-566호(이하 인용고안 이라 함) 전자식 형광등 안정기이다. 이의 구조를 개략적으로 살펴 보면 트랜지스터의 스위칭동작을 유지시키기 위하여 전류 트랜스 포머를 연결하였고 또한 이에 인덕터와 콘덴서로서된 직렬공진회로가 접속되어 있으며, 아울러 점등개시를 위한 트리거 수단으로서 스위치 저항 콘덴서가 있어서 상기 트랜지스터에 트리거 펄스를 공급하도록 된 것이다. 이는 전원 인가후 콘덴서에 충전된 전압이 트랜지스터의 베이스에 트리거펄스로서 가해지게 되며 따라서 트랜지스터가 스위칭 동작을 하여 트랜스포머에 전류를 흘려 주고 이의 자화 효과에 의하여 자체 발진이 일어나면서 인덕터, 콘덴서로 이루어진 LC 직렬 공진회로에 의하여 높은 공진 전압이 유기되어 방전등을 점등시키게 되는 것인바, 이러한 방식은 종전의 배전압 방식보다효율이 월등히 향상되고 조도를 증가시킬 수 있으며 형광램프에 인가되는 전류가 교류이어서 흑과 현상이 심화되는 일이 없이 수명이 단축되지 않도록 할 수 있었다.

그 반면에 이러한 종류의 전자식 안정기는 높은 방전 개시 전압을 얻기 위하여 직렬 공진 회로를 사용한 것이며 이때의 전압은 공진회로의 코일의 퀼리티 팩터( Quality Factor )와 전원전압(VS)을 곱한 값이 되는 것이고, 이때의 전압은 실제로 대단히 높게되는바 이 높은 전압이 형광램프의 점등 개시 전압보다 높으므로 형광램프가 점등개시되고, 이에 따라 형광램프의 양단 전압이 저하되면서 방전 유지 상태로 되어 정상적인 동작상태가 되도록 하여야하는 것이다. 이와 같이 정상적인 점등상태에서는 콘덴서 양단에 과도한 전압이 축적되기 전에 형광램프가 방전 개시되고 방전 유지에 필요한 점의 저전압으로 강하되는 것이나, 형광램프가 정상적인 동작을 하지 못하는 많은 경우와 규격 미달의 램프는 콘덴서 양단에 직렬 공진에 의한 고전압이 유지되고, 이에 따라 고가인 출력 트랜지스터를 파괴시키거나 콘덴서를 파괴시키는 등의 문제점이 발견되는 것이다.

즉, 형광램프의 수명이 다하여 흑화현상이 심화되거나, 규격 미달의 형광램프인 경우에 점등 개시된 후에도 직렬 공진 회로의 콘덴서 양단에 생성되는 높은 직렬 공진 전압이 그대로 유지되면서 트랜스포머를 거쳐 턴온되는 측의 트랜지스터에 고전압이 가해지므로 해당 트랜지스터는 많은 전류를 흘리면서 특성이 열화되는 것이며, 이에 따라 해당 트랜지스터가 파손되어 잦은 고장 발생의 요인이 되었던 것이다. 또한 시공시에 형광램프의 히터 2개와 안정기의 출력선 2조를 제대로 결선하지 못하고 합선(short)시킨 상태이던지, 오배선한 경우 또는 형광램프의 유리관 자체가 파손되어 방전이 불가능한 경우등에도 전자식 안정기의 직렬 공진 회로를구성하는 콘덴서에 고압 상태의 직렬 공진 전압이 계속 생성되므로 상기한 흑화현상이 심화된 경우보다 더 쉽게 트랜지스터가 파손되는 문제점이 있는 것이다.

그러므로, 도1로 보인 바와 같이 "전자식 안정기의 보호장치"가 대한민국 특허 출원 1986-0010839호로 제안된 바 있으며, 이는 상온에서 자체에 흐르는 전류량의 변화에 의하여 저항의 변화폭이 큰 써미스터를 사용하므로써 직렬공진 회로의 콘덴서 양단 전압이 과도한 경우 단락시켜 직렬 공진 전압을 저하시킬 수 있도록 하였으며, 이에 따라 과도한 스위칭 전압으로 인한 고가의 전력 트랜지스터 손상을 방지하고 있는 것이다.

즉, 이는 일반적인 전자식 안정기의 회로에 스위치(So) 및 저항(17), 콘덴서(16)로 이루어진 트리거 회로나 교류전원(AC)에 의하여 트리거되는 트랜지스터(Q1), (Q2) 그리고 이들의 자체 발진을 유지시키고 소정의 출력을 내기 위한 트랜스포머(To)아울러 이와 접속된 인덕터(Lo) 및 콘덴서(Co), (Cl) 로된 직렬공진회로를 갖는 공지의 전자식 안정기에 있어서, 콘덴서(Co)의 양단에 트라이액(T)의 양단 (T1), (T2)을 접속하여 놓고 또한 콘덴서(Co)의 양단 전압이 저항(R2), (R3) 및 써미스터(Th1)에 의하여 분압되게 하며 써미스터(Th1)의 일단 전압이 제너 다이오드(ZD)를 거쳐서 트라이액(T)의 게이트(G)에 인가될수 있도록 한 보호장치를 구성하여서 된 것이다. 이러한 본 발명에 의한 보호장치는 형광램프가 정상적인 작동을 하고 있는경우에는 전혀 작동에 관계하지 않으며, 형광램프가 정상이어서 높은 방전 개시 전압이 콘덴서(Co)양단에 가하여 진 후 신속하게 방전 개시되고 즉시 방전 유지상태로 되어 콘덴서(CO)의 양단 전압이 낮아지게 되는 정상 동작상태에서는 상기의 언급한 써미스터(Th1)가 방전 개시 전압에 의한 인입 전류가 흐르면 즉시 발열을 하도록 하여 자체 저항이 급격히 저하하게 되어 있음에도 불구하고 이러한 써미스터(Th1)의 동작이 개시되기 전에 극히 짧은 시간에 방전의 개시가 이루어지고 방전 개시 전압은 거의 동시에 낮아져 방전 유지 전압으로 강하되며 써미스터(Th1)는 전혀 발열되지 않는 것이서 자체 저항이 높은 상태를 유지하므로 트라이액(T)의 게이트(G)에 입력되는 전압은 낮게 되고 이 전압은 제너다이오드(ZD)에 의하여 차단된다. 그러므로 형광램프가 정상적인 점등개시 및 점등유지를 하고 있는 상황에 있는 전혀 작동하지 않고 있게 된다. 반면에 규격 미달의 형광 램프이거나 흑화된 형광 램프, 파손된 형광램프, 오접속된 형광램프인 경우에는 직렬 공진 회로에 접속된 콘덴서에 축적되고 이 축적되는 전압은 시간이 경과됨에 따라 지나치게 높게 상승되는 바, 이때 써미스터(Th1)에도 과도한 전류가 흐르게 되어 열을 받아 저항값이 급격히 저하되므로 일단에는 상승된 전압이 얻어지며 이 전압은 제너다이오드(ZD)의 제너 전압을 초과하게 되면서 트라이액(T)의 게이트(G)에 인가되고 트라이액(T)이 도통되면 콘덴서(Co)가 합선상태가 되어 인덕터(Lo) 및 콘덴서(Co)에 의한 직렬 공진 기능이 상실되어 트랜지스터로부터 흘러 나오거나 흘러들어가는 전압은 인덕터(Lo)에 의하여 제한된 저전력이 되므로 트랜지스터(Q1), (Q2)는 발열되거나 고전압에 의한 파괴를 당하게 되는 일이 없는 것으므로, 형광 램프로 인한 전자식 안정기의 고장을 방지할 수 있게 되는 것이다.

반면에 이는 전술한 바와 같이 형광 램프 이상 발생 시에 소등된 후 즉시 해당 형광 램프를 제거하여 주어야 하며, 이러한 상태를 방치하게 되면트랜지스터(Q1), (Q2)에는 인덕터(Lo)에 의하여 제한된 저전력이 흐르고 있으며, 이에 따라 형광 램프가 소등된 상태에서도 불필요하게 계속 전력을 낭비하게 되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 트랜지스터(Q1), (Q2)에는 인덕터(Lo), 트라이액(T), 콘덴서(C₁)에 형광 램프의 방전 상태 이상의 전류가 계속 흐르게 되어 발열을 가속화시킴으로써 열적 파괴를 면할 수 없게 되고, 결과적으로 전자식 안정기의 수명이 단축되는 문제점이 있는 것이다.

상술한 종래의 문제점을 감안하여 본 고안의 목적은 형광램프의 이상 발생시 전자식 안정기의 모든 스위칭 작동이 중지되도록 한 전자식 형광 램프 점등 장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 전자식 형광램프 점등장치를 보인 회로도.

도 2는 본 고안에 의한 전자식 형광램프 점등장치를 보인 회로도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 전력 스위칭소자의 스위칭동작을 유지시키기 위하여 전류 트랜스포머를 연결하고 또한 이에 인덕터와 콘덴서로서된 직렬공진회로가 접속된 공지의 것에 있어서,

전류 트랜스포머에 별도의 추가 권선을 설치하여 높은 직렬 공진 전압이 유기되면 전력 스위칭소자의 스위칭 동작이 정지되도록 한 전자식 형광램프 점등장치를 제안한다.

상술한 구성에 의하여 본 고안은 규격 미달의 형광램프나 흑화, 파손된 형광램프가 연결되는 경우 즉시 스위칭 동작이 정지되므로 전력 스위칭소자를 보호할 수 있게 되는 것이어서 전자식 형광램프 점등장치의 고장을 방지할 수 있게 되는 효과를 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한다.

본 고안에 의한 전자식 형광램프 점등 장치를 도2로 도시하였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이 본 고안은 저항(R1), 콘덴서(C1), 다이오드(D1) 및 다이액(D2)(D2)으로 구성된 트리거 회로(1)와, 대전력 MOS FET(Q1), (Q2) 그리고 이들의 자체 발진을 유지시키고 소정의 출력을 내기 위한 인덕터(L1,L2,L3) 및 콘덴서(C0,C2,C3)로된 직렬공진회로를 갖는 공지의 전자식 안정기에 있어서, 인덕터(L2,L3) 에 추가로 유도코일(L4,L5)을 권취하여 이에 다이오드(D3,D4) 및 콘덴서(C4)로 구성된 정류회로(2)와, 정류회로(2)의 출력에 따라 대전력 MOS FET (Q2)의 게이트를 접지시키기 위한 제너다이오드(ZD) 그리고 SCR(S), 다이오드(D5)를 구비하여서 된 것이다.

미설명 부호 3은 전원 공급회로이다.

이에 따라 본 고안은 전원 공급회로에 의하여 정상적인 전원이 인가되고 형광램프(L)가 규격품이며 정상적인 동작시에는

저항(R1), 콘덴서(C1), 다이오드(D1) 및 다이액(D2)으로 구성된 트리거 회로(1)에 의하여 먼저 대전력 MOS FET(Q2)에 트리거 펄스가 인가된다. 이에 따라 대전력 MOS FET(Q2)의 소스와 드레인에는 전류의 흐름이 발생되고, 이에 따라 콘덴서(C2)에 충전된 전류가 콘덴서(C0)와 인덕터(L1,L2) 그리고 대전력 MOS FET(Q2)를 흐르게 된다. 이어서 콘덴서(C2)에 충전된 전류가 방전된 후에는 이번에는 인덕터(L1)에 의하여 유기된 펄스에 의하여 대전력 MOS FET(Q1)가 턴온되는 것이며, 이에 따라 인덕터(L1)의 역기전력에 의하여 전원이 대전력 MOS FET(Q1) 및 인덕터(L1,L3) 그리고 콘덴서(CO,C2)를 흐르게 된다. 이러한 과정을 반복하게 되면 인덕터(L1,L2,,L3)와 콘덴서(CO,C2)에 의한 직렬 공진 회로가 구성되며, 이때 콘덴서(CO)의 양단에는 높은 공진 전압이 유기되어 형광 램프(L) 양단에는 높은 방전 개시 전압 이상의 전압이 인가되며, 이때 형광램프(L)가 정상이라면 즉시 방전 개시되고 이에 따라 콘덴서(CO)양단의 전압이 신속하게 방전 되어 낮아 지며 형광 램프(L)는 이후에는 방전 유지상태로 되고, 대전력 MOS FET(Q1), (Q2)에 의한 전술한 바와 같은 동작으로 형광 램프(L)에 전류가 흐르면서 조명에 필요한 빛을 내게 되는 것이다. 이와 같이 하여 방전 개시 이후에는 콘덴서(C0)의 양단 전압이 낮아지는 정상 동작 상태가 되고, 인덕터(L2,L3)에 추가로 설치된 유도 코일(L4,L5)에 유기되는 전압은 형광 램프(L)가 정상 점등하기 위한 방전 개시 전압이 가하여 지는 초기의 짧은 시간 동안 매우 높으나, 이러한 짧은 시간 동안의 출력 전압으로는 콘덴서(C4)의 전압을 충분히 상승시키지 못하고, 방전 개시 이후에는 낮아 지게 되어 결국 정상 동작 상태의 유도 코일(L4,L5)의 출력으로는 제너 다이오드(ZD)의 제너 전압을 초과하지 못한다. 이에 따라 제너 다이오드(ZD)는 턴오프 상태를 유지하고 있는 것이다.

이에 따라 대전력 MOS FET(Q1), (Q2)의 게이트에는 트리거회로(2)의 출력이 아무런 영향을 미치지 않게 되어 대전력 MOS FET(Q1), (Q2)는 전술한 바와 같은 정상 스위칭 동작으로 형광램프(L)를 정상 점등시키고 있는 것이다.

반면에 형광램프(L)가 규격 미달이거나 흑화 현상이 심화 된 경우 및 형광 램프(L)가 파손된 경우에는 형광램프(L)의 관저항이 높은 상태로 된다. 이에 따라 방전 개시 전압이 인가되어 형광램프(L)가 점등된 경우에도 형광 램프(L)의 관 저항이 높으므로 방전 유지 전압은 정상 값보다 높은 상태로 된다. 이러한 비정상 점등 상태에서는 대전력 MOS FET(Q1), (Q2)의 스위칭에도 불구하고 직렬 공진 회로에 유기되는 전압이 높은 상태를 유지하게 되므로 인덕터(L1)의 양단에 유기되는 전압도 높은 상태가 된다. 이에 따라 유도 코일에 유기되는 전압도 높게 되어 결국 이는 콘덴서(C4) 양단의 전압이 제너 다이오드(ZD)의 제너 전압을 초과하게 되고 이에 따라 제너 다이오드(ZD)가 턴온되어 SCR(S)의 게이트에 턴온 전압을 인가하게 되고, 이에 따라 SCR(S)가 턴온되면서 다이오드(D5)를 통하여 대전력 MOS FET(Q2)의 게이트가 접지 상태로 되게 한다. 이에 따라 대전력 MOS FET(Q1), (Q2)는 스위칭 동작을 중지하게 되고, 발진이 정지되어 직렬 공진 회로를 구성하는 모든 부품과 형광램프(L)는 소등 상태로 된다. 그러므로, 본 고안에서는 형광 램프(L)의 규격 미달이거나 흑화 현상이 심화된 경우 그리고 형광 램프(L)가 파손된 경우등 형광 램프(L)의 정상 점등이 어려운 모든 경우에 발진 동작 자체가 중지될 수 있는 것이다. 아울러, 본 고안은 편의상 유도 코일(L4,L5)에 의한 출력을 정류하고 콘덴서(C4)를 충전시키도록 함으로써 충전된 전압이 충분히 높은 경우에 제너 다이오드(ZD)를 턴온시키도록 하고 있으나, 제너 다이오드(ZD)가 아닌 다이액을 사용할 수도 있는 것이고, 경우에 따라서는 이를 생략하여도 콘덴서(C4)의 용량이 적정한 경우에는 직접 SCR을 구동시킬수도 있다.

또한, 본 고안에서는 SCR(S)을 이용하여 대전력 MOS FET(Q2)의 게이트를 접지시키고 있으나, 필요에 따라서는 FET나 트랜지스터등을 사용할 수도 있는 것이다.

이와 같이 하여 본 고안은 기존의 전자식 안정기가 갖는 가장 큰 약점인 형광램프(L)의 상태에 따른 기능 악화와 수명의 단축을 방지하고, 대전력 MOS FET(Q1), (Q2)의 파손 우려를 일소하여 그 수명을 장구하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 저항(R1), 콘덴서(C1), 다이오드(D1) 및 다이액(D2)(D2)으로 구성된 트리거 회로(1)와, 대전력 MOS FET(Q1), (Q2) 그리고 이들의 자체 발진을 유지시키고 소정의 출력을 내기 위한 인덕터(L1,L2,L3) 및 콘덴서(C0,C2,C3)로된 직렬공진회로를 갖는 공지의 것에 있어서, 인덕터(L2,L3) 에 추가로 유도코일(L4,L5)을 권취하여 이에 다이오드(D3,D4) 및 콘덴서(C4)로 구성된 정류회로(2)와, 정류회로(2)의 출력에 따라 대전력 MOS FET (Q2)의 게이트를 접지시키기 위한 제너다이오드(ZD) 그리고 SCR(S)를 구비하여서 됨을 특징으로 하는 형광 램프 점등 장치.