KR200308316Y1

KR200308316Y1 - 조광 제어 전자식 네온관 안정기

Info

Publication number: KR200308316Y1
Application number: KR20-2002-0039151U
Authority: KR
Inventors: 김대식; 김영남; 이성연; 김정환
Original assignee: 두영전자 주식회사
Priority date: 2002-12-31
Filing date: 2002-12-31
Publication date: 2003-03-26

Abstract

본 고안은 펄스폭 변조 방식을 이용하여 플라이백 방식의 인버터를 구동하므로써, 네온관의 전류량을 조절하여 네온관의 조광을 제어하는 한편, 직류 및 교류가 혼합된 바이어스를 네온관에 인가시키기 위한, 조광 제어 전자식 네온관 안정기를 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 고안은 조광 제어 전자식 네온관 안정기에 있어서, 입력된 교류 전압을 정류하기 위한 브릿지 정류부; 상기 브릿지 전압을 DC로 충전하기 위한 DC전압 충전부; 제어신호에 따라 펄스폭 변조 신호를 발생시키기 위한 주파수 발생부; 상기 교류전압을 상기 주파수 발생부에 공급하기 위한 전원공급부; D.C증폭기를 사용하여 제어신호를 발생하며, 상기 제어신호를 통해 상기 주파수 발생부의 펄스폭을 제어하므로써, 네온관의 전류를 제어하여 램프의 조광를 제어하기 위한 디밍 제어부; 상기 DC전압 충전부에서 인버터동작 전압을 공급받아 주파수 발생부의 펄스폭 변조 신호에 따라 스위칭 작용을 하기 위한 플라이백 방식의 인버터부; 상기 인버터부의 스위칭으로 발생된 스위칭 전압을 고전압으로 승압 시키기 위한 고압고주파 승압부 및 상기 인가된 전원에 의해 점등되는 램프를 포함한다.

Description

조광 제어 전자식 네온관 안정기{Illumination Control Electronic Neon Ballast}

본 고안은 전자식 네온(Neon)관 안정기에 관한 것으로써, 특히 플라이백 인버터 방식을 사용하여 조광을 제어하는 전자식 네온관 안정기에 관한 것이다.

종래의 네온관(램프)(이하, 간단히 "네온 램프"라 함)에 대한 조광 제어는 펄스폭 변조 플라이백(Flyback) 인버터 방식을 사용하여 실현하였다. 그러나, 플라이백 인버터 방식은 낮은(120Vac) A.C 입력전압 에서 적용이 되고 있으며, 효율도 떨어지고 네온램프의 조광 제어 범위(50%～100%)도 좁다는 문제점이 있다.

그러나, 플라이백 인버터 방식은 회로의 구성이 간단하여 저입력 전압(120Vac)에서 유용하게 사용될 수 있음에도 불구하고 아직 상기와 같은 문제점을 해결하지 못하고 있는 상태이다.

또한, 종래의 전자식 네온(Neon)관 안정기는 점등전압을 DC 바이어스나, AC 바이어스를 선택적으로 사용함으로써 여러 가지 문제점을 안고 있다.

먼저, DC 바이어스 방식은 회로 구성이 간단하고, 주파수의 영향을 제거할 수 있어 대부분 DC 바이어스 방식을 채택하고 있다. 그러나, 네온 사인은 네온관과 아르곤관으로 구성되며, DC 바이어스를 걸어줄 경우 네온관의 젤리빔 현상은 제거되나 아르곤관에 수은의 이동 현상으로 시간이 지날수록 램프는 어두워지고 흑화 현상이 발생되어 램프의 수명을 저하시킨다는 문제점이 있다. 또한, DC 바이어스는 인버터에서 발생되는 고주파수의 반(1/2)만 사용함으로 효율이 저하된다는 문제점을 갖고 있다.

다음으로, AC 바이어스는 DC 바이어스에서 발생되는 아르곤관의 수은 집중 현상을 발생시키지 않음으로 좋은 장점이 있다. 그러나, AC 바이어스는 아르곤관의 수은 집중 현상은 발생되지 않지만 램프의 조건에 따라 여전히 젤리빔 현상을 초래 할 수 있으며, 주파수의 영향을 심하게 받는다는 문제점이 있다. 따라서, 여전히 개선되어야 할 문제점을 안고 있다.

한편, 종래의 전자식 네온관 안정기에는 안정기의 동작 과정 중 발생되는 무부하/과부하 및 접지전류 등의 이상 상태를 감지하여 그에 따른 조치를 취하므로써 안정기의 정상적인 동작을 가능하도록 하는 장치가 미흡하다는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 펄스폭 변조(Pulse width modulation) 방식을 이용하여 플라이백 방식의 인버터를 구동하므로써, 네온관(램프)의 전류량을 조절하여 네온관(램프)의 조광을 제어하는 한편, 직류(DC) 및 교류(AC)가 혼합된 바이어스를 네온관에 인가시키기 위한, 조광 제어 전자식 네온관 안정기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 고안은 접지전류 또는 무부하/과부하가 검출되는 경우 전자식 네온관 안정기의 주파수 발생부 동작을 셧다운 시키므로써, 접지전류 또는 무부하/과부하가 검출되는 경우에도 안정적으로 동작될 수 있는, 전자식 네온관 안정기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 본 고안에 따른 조광 제어 전자식 네온관 안정기의 일실시예 블럭 구성도.

도 2 는 본 고안에 따른 조광 제어 전자식 네온관 안정기의 일실시예 회로도.

도 3a 내지 도 3c 는 본 고안에 적용되는 디밍제어부(100)에서의 DC 증폭기의 제어에 따른 펄스폭 변조 신호의 일실시예.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 조광 제어 전자식 네온관 안정기에 있어서, 입력된 교류 전압을 정류하기 위한 브릿지 정류부(20); 상기 브릿지 정류부의 브릿지 전압을 DC로 충전하기 위한 DC전압 충전부(30); 제어신호에 따라 펄스폭 변조 신호를 발생시키기 위한 주파수 발생부(40); 상기 교류전압 입력부로부터 인가된 교류전압을 집적회로로 구성되는 상기 주파수 발생부에 공급하기 위한 전원공급부(70); D.C증폭기를 사용하여 제어신호를 발생하며, 상기 제어신호를 통해 상기 주파수 발생부의 펄스폭을 제어하므로써, 네온관(램프)의 전류를 제어하여 램프의 조광를 제어하기 위한 디밍(Dimming)제어부(100); 상기 DC전압 충전부에서 인버터동작 전압을 공급받아 주파수 발생부의 펄스폭 변조 신호에 따라 스위칭 작용을하기 위한 플라이백(Fly-Back) 방식의 인버터부(50); 상기 인버터부의 스위칭으로 발생된 스위칭 전압을 고전압으로 승압 시키기 위한 고압고주파 승압부(60); 및 고압고주파 승압부로부터 인가된 전원에 의해 점등되는 램프(120)를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 은 본 고안에 따른 조광 제어 전자식 네온관 안정기의 일실시예 블럭 구성도이다.

즉, 도면에 도시된 바와 같은 본 고안에 따른 조광 제어 전자식 네온관 안정기는, 상용 교류(AC) 전압을 입력받기 위한 교류전압 입력부(10), 상기 교류전압 입력부를 통해 입력된 상용교류 전압을 맥류전압으로 변환하기 위한 브릿지 정류부(20), 집적회로로 구성되는 주파수 발생부에 초기전원을 공급하기 위한 전원공급부(70), D.C증폭기를 사용하여 집적회로로 구성되는 주파수 발생부의 펄스폭을 제어하므로써, 네온관(램프)(이하, 간단히 "네온 램프"라 함)의 전류를 제어하여 램프의 조광을 제어하기 위한 디밍(Dimming)제어부(100), 접지전류(대지전류)가 검출된 경우 주파수 발생부의 동작전압을 제어하여 인버터부의 동작을 멈추게 하기 위한 접지전류 검출부(110), 브릿지 정류부의 브릿지 전압을 DC로 충전하기 위한 DC전압 충전부(30), 전원 공급부에서 전원을 공급받아 디밍(Dimming) 제어부의 제어신호에 따라 펄스폭 변조 신호를 발생시키기 위한 주파수 발생부(40), DC전압 충전부에서 인버터동작 전압을 공급받아 주파수 발생부의 펄스폭 변조 신호에 따라 스위칭 작용을 하기 위한 플라이백(Fly-Back) 방식의 인버터부(50), 인버터부의 스위칭으로 발생된 스위칭 전압을 고전압으로 승압 시키기 위한 고압고주파 승압부(60), 고압고주파 승압부로부터 인가된 전원에 의해 점등되는 램프(120), 무부하나 과부하시 이상 과전압을 검출하여 주파수발생 제어부를 제어하여 인버터부의 동작을 멈추게 하기 위한 무부하/과부하 검출부(90), 접지전류 검출부와 무부하/과부하 검출부의 검출 전압에 따라 주파수 발생부를 제어하기 위한 주파수발생 제어부(80)를 포함하고 있다.

즉, 상기와 같은 구성을 갖는 본 고안에 따른 조광 제어 전자식 네온관 안정기는, 네온(Neon)램프의 조광을 제어할 수 있으며, 네온램프의 점등에서 발생되는 젤리빔 현상을 제거하고 램프에 수은의 집중현상을 제거하기 위해서 D.C 및 AC 바이어스(Bias)를 네온 램프(120)에 인가시킬 수 있다.

상기 각 구성요소들의 상세한 기능은 도 2 를 참조하여 설명하겠다.

도 2 는 본 고안에 따른 조광 제어 전자식 네온관 안정기의 일실시예 회로도이다.

먼저, 외부로부터 인간된 상용 교류전압은 교류전압 입력부(10)의 퓨우즈(Fuse) 및 브릿지 정류부(20)의 라인 필터(LF)와 부온도계수저항(N.T.C) 및다이오드 (D1～D4)로 구성되는 브릿지 정류회로를 통하면서 정류부에서 맥류전압으로 변환된다.

상기 브릿지 정류부(20)의 맥류전압은 캐패시터(C3), 저항(R2)으로 구성되는 DC전압 충전부(30)에서 인버터 구동전압인 DC전압으로 충전된다.

또한, 다이오드(D5), 저항(R1), 캐패시터(C4)로 구성되는 전원 공급부(70)는상기 상용 교류전압을 주파수 발생부(40)의 직접회로 동작전압(DC 12V)으로 유도한다. 즉, 전원 공급부(70)에서 유도된 전압은 집적회로(IC2), 캐패시터(C5,C7), 저항(R8,R9,R10)으로 구성되는 주파수 발생부(40)를 동작시켜 펄스폭 변조 신호를 발생시킨다. 이때, 상기 주파수 발생부(40)는 CT 단자(C7)와 RT 단자(R10)의 충방전 전압에 따라 주파수가 발생된다.

한편, 상기 주파수 발생부(40)에서 펄스폭 변조(P.W.M) 신호를 얻기 위해서는, DC 증폭기(증폭률=1)를 구성하여 직접회로(IC2)의 Error Amplifier Out 단자의 전압을 제어 해야한다.

이를 위해, 상기 연산 증폭기(O.P Amp.)를 이용한 DC 증폭기(증폭율=1)는 두 입력 중 (-)비교 입력은 출력과 연결하고, (+)비교 입력에 (+)DC 전압을 인가할 수 있도록 회로를 구성한다.

즉, 상기 DC 증폭기는 연산 증폭기(O.P Amp.)의 (-)비교 입력을 출력단자와 연결하고, (+)비교 전압은 집적회로(IC2)의 기준전압(+5V)을 저항(R5,R6), 가변저항(R7)으로 분배(디바이드)하여 (+)D.C 전압으로 인가한다. 이때, 가변저항(R7)의 저항값과 저항(R6)에 유도되는 (+)D.C 전압은 DC증폭기의 증폭율에 따라 (+)비교 입력전압을 출력시킨다.

그 결과, 상기 DC 증폭기의 출력전압이 높으면 주파수 발생부의 주파수는 폭이 커지며(Duty-cycle=50%), 반대로 출력전압이 낮으면 주파수의 폭은 작아진다(Duty-cycle=20%).

한편, 주파수 발생부(40)의 펄스폭 변조(Pulse width modulation) 신호는 저항(R12), 다이오드(D10)를 통하여 전계 효과 트랜지스터(Q1)의 게이트(Gate) 전압을 공급하여 스위칭 동작을 이루게 한다.

즉, 상기와 같은 인버터부(50)의 스위칭으로 인해 인버터부(50)의 출력에는 펄스폭 변조 구형파가 발생한다.

이때, 상기 인버터부(50)의 펄스폭 변조 구형파는 캐패시터(C13), 저항(R15), 승압 트랜스포머(T1)로 구성되는 고압고주파 승압부(60)에서 고전압 고주파를 유도하여 네온 램프(120)를 점등시킨다.

상기에서 설명된 내용들을 간단히 정리하면, 본 고안에 따른 조광 제어 전자식 네온관 안정기는, 디밍 제어부(100)의 DC 증폭기를 사용하여 주파수 발생부를 제어하여 펄스폭 변조 신호를 발생시키므로써, 플라이백 인버터를 구동하여 네온 램프의 조광을 제어하고 있다.

즉, 디밍 제어부(100)의 DC 증폭기에 있어서, (-)비교 입력을 출력과 연결되도록 하고, 저항(R5,R6,R7)으로 기준 전압(Reference Voltage 5Vdc)을 분배(디바이드) 하여 (+)비교 입력으로 구성하므로써, 주파수 발생부(40)의 Error Amplifier Out을 제어하여 펄스폭 변조 신호를 발생시키도록 하였다.

또한, 본 고안에 따른 조광 제어 전자식 네온관 안정기는, 주파수 발생 제어부(80)의 집적회로(IC1-B)를 SCR 기능회로로 설계하여 이의 출력으로 저항(R21)을 통해 트랜지스터(Q2)를 도통시켜 발광다이오드(D19)를 ON시켜 램프의 이상유무를 표시하도록 하고, 다이오드(D18)를 거쳐 집적회로(IC2)의 Current sensor를 제어하므로써 인버터부(50)의 동작을 멈출 수 있도록 하였다.

한편, 상기와 같은 정상적인 조광제어 전자식 네온관 안정기의 동작 과정 중 발생되는 이상 상태를 방지하기 위하여 무부하/과부하 검출부(90), 접지전류 검출부(110) 및 주파수 발생 제어부(80)가 회로에 추가되었다.

먼저, 상기와 같은 정상적인 조광제어 전자식 네온관 안정기의 동작 과정 중 램프(120)에 과전류가 흐르거나 무부하(Open Load)가 발생되면 승압 트랜스포머(T1)의 2차 코일(F.B)에 과전압이 유도되며, 다이오드(D11,D12,D13, D14), 저항(R17,R18), 캐패시(C9), 피드백(F.B)코일로 구성되는 무부하/과부하 검출부(90)에서 이상 과전압을 검출하여 다이오드(D15)를 동작시키므로써 주파수발생 제어부(40)를 제어하게 된다.

즉, 무부하/과부하 검출부(90)의 이상 과전압은 집적회로(IC1-B), 저항(R22,R23,R24), 다이오드(D16,D17)로 구성되는 S.C.R기능을 통해 주파수발생 제어부(80)를 동작시켜, 주파수 발생부(40)의 전류 센서(Current Sensor)를 제어하여 주파수 발생부(40)의 동작을 멈추게 하므로써, 결과적으로 인버터부(50)의 스위칭 작용을 멈추게 하여 램프(120)에 과부하가 인가되는 것을 차단하게 된다.

다음으로, 주파수 발생부(40)의 전류 센서는 인버터 전류에 의한 전압을 저항(R14)으로 유도 받아 인버터부(50)의 과전류를 검출하여 펄스폭을 감소시켜 인버터 전류를 일정하게 유지시키므로써 과전류에 의한 인버터부(50)의 불량을 제거시킨다.

다음으로, 상기와 같은 정상적인 전자식 네온관 안정기의 동작 과정 중 외부의 어떠한 이유로 인하여 접지(대지)전류가 흐르게되면 캐패시터(C11,C12, C13),다이오드(D20,D21,D22,D23), 저항(R25,R26,R27,R28,R29), 트랜지스터(Q3), 포토커플러(Q5), 션트레귤레이터(Q4), 접지전류감지 알루미늄판(AL. Plate)으로 구성되는 접지전류 검출부(110)에서 접지(대지)전류를 검출하여 주파수발생 제어부(80)를 동작시켜 주파수 발생부(40)의 동작을 멈추게 하므로써 인버터부(50)의 스위칭 동작을 멈추게 한다.

즉, 접지전류 검출부(110)의 접지(대지)전류 감지용 알미늄판에서 접지전류에 의한 접지전압이 검출되면, 접지(대지)전압은 다이오드(D20,D21,D22,D23), 캐패시터(C12)에서 직류전압(Vc12)을 발생시키며, 저항(R27,R28)에 의해 분배된 전압(R28/R27+R28)×VC12 (V)은 션트레귤레이터(Q4)을 동작시킨다.

상기 션트레규레이터(Q4)의 동작은 트랜지스터(Q3)를 동작시켜 포토커플러(Q5)를 ON시키게 되며, 이는 주파수발생 제어부(80)의 집적회로로 구성된 S.C.R을 ON시키게 된다. 한편, S.C.R이 ON 상태가 되면, 주파수 발생부(40)의 전류센서(Current Sensor)를 제어하여 주파수 발생부(40)의 동작을 멈추게 하여 결과적으로 인버터부(50)의 스위칭 작용을 멈추게 한다.

한편, 상기 기능(접지전류 감지, 무부하/과부하 감지)을 수행함에 있어, 상기 주파수발생 제어부(80)의 집적회로로 구성된 S.C.R의 동작은 저항(R21)을 통하여 트랜지스터(Q2)를 도통시켜 발광다이오드(D19)를 점등시켜 램프의 불량, 무부하/과부하 및 접지전류에 의한 인버터부(50)의 동작이 멈추었음을 표시한다.

도 3a 내지 도 3c 는 본 고안에 적용되는 디밍제어부(100)에서의 DC 증폭기의 제어에 따른 펄스폭 변조 신호의 일실시예를 도시한 것이다.

즉, 도면에 도시된 바와 같이 도 3a 는 DC 증폭기의 출력전압을, 도 3b 는 주파수 발생부(40)의 펄스폭 변조신호를, 도 3c 는 인버터부(50)에서의 스위칭 전압을 나타낸 것이다.

이상의 본 고안은 상기에서 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 고안의 취지와 범위에 포함된다.

상기와 같은 본 고안은 플라이백 인버터 방식의 네온 램프의 조광 제어를 50%～100% 범위 내에서 동작하도록 할 수 있으며, 플라이백 인버터의 문제점인 불량률을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 램프의 방전을 향상시키기 위하여 DC/AC바이어스를 걸어주어 발광효율을 증대시킬 수 있다는 우수한 효과가 있다.

즉, 본 고안은 네온(Neon) 램프의 조광을 제어할 수 있으며, D.C 및 AC 바이어스(Bias)를 네온 램프에 인가시키므로써, 네온 램프의 점등 시 발생되는 젤리빔 현상을 제거하고, 램프에 수은의 집중 현상을 제거하여 램프의 효율 향상과 램프의 수명을 연장시킬 수 있으며, 인버터 전류를 감지하여 과전류 흐름을 억제시켜 안정기의 불량률을 개선시킬 수 있다는 우수한 효과가 있다.

Claims

조광 제어 전자식 네온관 안정기에 있어서,

입력된 교류 전압을 정류하기 위한 브릿지 정류부(20);

상기 브릿지 정류부의 브릿지 전압을 DC로 충전하기 위한 DC전압 충전부(30);

제어신호에 따라 펄스폭 변조 신호를 발생시키기 위한 주파수 발생부(40);

상기 교류전압 입력부로부터 인가된 교류전압을 집적회로로 구성되는 상기 주파수 발생부에 공급하기 위한 전원공급부(70);

D.C증폭기를 사용하여 제어신호를 발생하며, 상기 제어신호를 통해 상기 주파수 발생부의 펄스폭을 제어하므로써, 네온관(램프)의 전류를 제어하여 램프의 조광를 제어하기 위한 디밍(Dimming)제어부(100);

상기 DC전압 충전부에서 인버터동작 전압을 공급받아 주파수 발생부의 펄스폭 변조 신호에 따라 스위칭 작용을 하기 위한 플라이백(Fly-Back) 방식의 인버터부(50);

상기 인버터부의 스위칭으로 발생된 스위칭 전압을 고전압으로 승압 시키기 위한 고압고주파 승압부(60); 및

고압고주파 승압부로부터 인가된 전원에 의해 점등되는 램프(120)

를 포함하는 조광 제어 전자식 네온관 안정기.
제 1 항에 있어서,

상기 디밍 제어부(100)의 상기 DC 증폭기는,

(-)비교 입력을 출력단자와 연결하고, 저항(R5,R6), 가변저항(R7)으로 기준전압(+5V)을 분배(디바이드)하여 (+)비교 전압으로 구성하므로써, 상기 DC 증폭기의 출력전압이 높으면 주파수 발생부(40)의 주파수는 폭이 커지도록 하고(Duty-cycle=50%), 반대로 출력전압이 낮으면 주파수의 폭이 넓어지도록(Duty-cycle=20%) 하는 것을 특징으로 하는 조광 제어 전자식 네온관 안정기.
제 1 항에 있어서,

상기 주파수 발생부(40)의 전류 센서는 인버터 전류에 의한 전압을 저항(R14)으로 유도 받아 인버터부(50)의 과전류를 검출하여 펄스폭을 감소시켜 인버터 전류를 일정하게 유지시키므로써 과전류에 의한 인버터부(50)의 불량을 제거시키게 하는 것을 특징으로 하는 조광 제어 전자식 네온관 안정기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

무부하나 과부하시 이상 과전압을 검출하여 주파수발생 제어부를 제어하므로써, 인버터부의 동작을 멈추게 하기 위한 무부하/과부하 검출부(90); 및

상기 무부하/과부하 검출부의 검출 전압에 따라 주파수 발생부를 제어하기 위한 주파수발생 제어부(80)를 더 포함하며,

상기 주파수 발생 제어부(80)의 집적회로(IC1-B)는 SCR 기능회로로 설계되어, 이의 출력으로 저항(R21)을 통해 트랜지스터(Q2)를 도통시키므로써, 발광다이오드(D19)를 ON시켜 램프의 이상유무를 표시하도록 하는 한편, 다이오드(D18)를 거쳐 집적회로(IC2)의 Current sensor를 제어하므로써 인버터부(50)의 스위칭 동작을 멈추게 하는 것을 특징으로 하는 조광 제어 전자식 네온관 안정기.
제 4 항에 있어서,

접지전류(대지전류)가 검출된 경우 주파수 발생부(40)의 동작전압을 제어하여 상기 인버터부의 동작을 멈추게 하기 위한 접지전류 검출부(110)를 더 포함하며,

상기 접지전류 검출부(110)는,

접지(대지)전류 감지용 알미늄판에서 접지전류에 의한 접지전압을 검출하면, 접지(대지)전압은 다이오드(D20,D21,D22,D23), 캐패시터(C12)에서 직류전압(Vc12)을 발생시키고, 저항(R27,R28)에 의해 분배된 전압에 의해 션트레귤레이터(Q4)가 동작되며, 상기 션트레규레이터(Q4)의 동작은 트랜지스터(Q3)를 동작시켜 포토커플러(Q5)를 ON시키므로써 주파수발생 제어부(80)를 동작시키면, 상기 주파수 발생 제어부(80)가 상기 주파수 발생부(40)의 Shutdown 기능을 제어하므로써, 상기 인버터부(50)의 스위칭 동작을 멈추게 하는 것을 특징으로 하는 조광 제어 전자식 네온관 안정기.